最新排放标准要求燃煤电厂的NOX排放浓度低于100mg/m3。烟气脱硝技术包括选择性非催化还原反应(SNCR)和选择性催化还原反应(SCR)2种技术。其中,SCR技术应用广泛,例如3层催化剂SCR反应器的脱硝效率可达90%。但是,SCR技术改造的投资成本高, 占地面积大,另外还存在废旧催化剂的处理等问题,小、旧锅炉采用此技术的经济效益较低。脱硝综合改造技术是通过燃烧改造使氮氧化物的排放由600~800 mg/m3降至350 ~ 400 mg/m3, 再利用SNCR技术使其降至200 mg/m3, 最后采用SCR的简化模式使NOX排放浓度降到100 mg/m3以下。
上述的SNCR+SCR技术应用对于客户最大的吸引力是SCR不需要在锅炉后面单独布置。可将SCR催化剂一层布置在锅炉尾部烟道竖进的合适位置。这样做可以大大减少投资和改造工程量。但是笔者在应用此种技术过程中碰到两个问题:
1、氨逃逸值超标,平均值达到5ppm以上。
2、想达到的100 mg/m3排放标准是非常困难的,且运行不稳定。
造成上述问题的原因是,布置在烟道中的简易SCR,没有为SCR设计单独的喷氨格栅,需要借助SNCR喷入的过量氨,但是烟气流在烟道中的流动是非常不均匀的,氨和烟气的完全混合也是困难的。
SNCR/SCR混合法工艺具有两个反应区:
1. 锅炉炉膛,反应温度850~1250℃;
2. SCR反应器,在催化剂的作用下,反应温度在300~400℃。
SNCR/SCR混合脱硝技术在传统混合法基础上有明显的改进:
采用特殊的炉内喷射器与后补充喷射装置相结合的独特设计,结合精确的流场混合技术,能更好地控制SNCR段尿素喷射方式,改善SNCR逃逸氨的分布,降低还原剂的消耗量;
采用特殊的流场混合器/导流板设计,使烟气/氨气在较短的烟道内进行混合,设计施工容易实现;
对终端NOx排放值的运行控制也更加灵活、可靠;
可以有效消除传统混合法经常出现左右两侧烟气NOx排放的不平衡的现象,达到脱硝过程高效低耗的目的。
这种工艺真正实现超过SCR脱硝效率的设计极限值,脱硝效率可以达到更高,应用在高NOx且不易采用低氮燃烧器改造的锅炉诸如W型火焰炉上也能达到排放标准。
正常的SCR设计要求第一层催化剂入口的NH3/NOX摩尔比相对标准偏差小于5%,速度分布偏差小于15%。而这一目标在组合式工艺中是不可能实现的,主要原因是简易SCR没有专门脱硝反应器,没有AIG,没有反应器入口湍流段。在实践中出口NOX偏差达到80%以上,有的甚至高达100%以上。下图是SCR催化剂出口的NOX浓度分布图。
这一问题的后果就是NOX达标排放很难,组合式工艺的技术门坎是120 mg/m3,要想做到100 mg/m3是以下是需要很精细的调整的,且运行容易受低氮燃烧器配风和煤质改变影响。尽管氮氧化物排入超标,但是SCR催化剂下游的氨逃逸值却超标严重。下图是氨逃逸值监测结果。
过量的氨逃逸会造成NH4HSO4在空气预热器低温段堵塞,严重时运行三个月后就出现了严重的堵塞。鉴于问题的对于SCR稳定运行构成威胁,应运而生开发了精确喷氨技术。
所谓精确喷氨技术即通过布置精细的可调整喷氨格栅,在第一层催化剂上部实施动态、可调布氨,简单的说法就是:哪里缺少氨,就在哪里补氨。
应用精确喷氨技术,采用SNCR+SCR组合式工艺改造了20余台锅炉,均可稳定达到的排入标准,并且氨逃逸值不超标,锅炉可以实现长周期稳定运行。
精确喷氨装置布置在烟道内置催化剂的上游,和催化剂的距离是否满足混合需要,也需要借助CFD技术来进行评估。
精确喷氨采用注入式格栅和静态混合叶轮组合式的机械结构,有利于在短的距离实现氨和烟气的充分混合。
经过CFD评估最高浓度与平均值之间的最大偏差以由原设计中的61%减小至39%,而且标准偏差有原来的RMS=42%减低至31%。所以该方法在一定程度上改善了氨浓度的分布,增大了氨分布的覆盖区域。这一评估值也在实践中获得了验证。