锅炉烟气脱硝装置还原剂的调整及效果

Adjustment and Effect of Reducing Agent for Boiler Flue Gas Denitration Device

吴吉 Ji WU , 娄伦武 Lunwu LOU , 付国 Guo FU , 陆廷雷 Tinglei LU

贵州赤天化桐梓化工有限公司贵州桐梓 563200 Guizhou Chitianhua Tongzi Chemical Industry Co., Ltd., Tongzi, Guizhou 563200, China

摘要：

锅炉烟气脱硝装置投运后，还原剂稀氨水在选择性催化还原(SCR)反应器中的雾化效果不理想，氨的逃逸率较高，炉灰因含氨质量分数偏高(0.06%~0.10%)而滞销。以气氨替代稀氨水作为还原剂，通过对前期的SCR烟道进行流场优化及新增供氨系统和喷氨系统，炉灰中氨的质量分数降至0.02%~0.03%，不仅缓解了炉灰滞销和空气预热器堵塞等问题，而且每年可节省液氨365.4 t。

关键词：

烟气脱硝; 还原剂; 稀氨水; 液氨; 炉灰;

Abstract：

After the boiler flue gas denitration device is put into operation, the atomization effect of the reducing agent dilute ammonia water in the selective catalytic reduction (SCR) reactor is not ideal. The escape rate of ammonia is high and the furnace ash is unsalable because of the high ammonia mass fraction content (0.06%-0.10%). Using gaseous ammonia instead of dilute ammonia water as the reducing agent, by optimizing the flow field of the SCR flue in the early stage, and the addition of ammonia supply system and ammonia injection system, the mass fraction of ammonia in the furnace ash is reduced to 0.02%-0.03%, which not only alleviates the problems of unsalable furnace ash and air preheater blockage, but also saves 365.4 t of liquid ammonia annually.

Keyword：

flue gas denitration; reducing agent; dilute ammonia water; liquid ammonia; furnace ash;

1 设备概况

贵州赤天化桐梓化工有限公司3×220 t/h煤粉锅炉于2010年投运，目前锅炉烟气排放执行的是国家标准《火电厂大气污染物排放标准》(GB 13223—2011)，该标准主要污染物排放指标为NO_x＜100 mg/m³(标态)、SO₂＜400 mg/m³ (标态)、烟尘＜30 mg/m³(标态)。

锅炉烟气脱硝装置布置在锅炉高温省煤器与上级空气预热器之间，采用选择性非催化还原(SNCR)+选择性催化还原(SCR)组合技术。催化剂层数按照“1+1”模式布置，初装1层预留1层。原设计3台锅炉共用1台脱硝还原剂储存罐，还原剂采用稀氨水。

经过一段时间的运行，脱硝系统问题逐渐显现：①SCR氨逃逸监测不准确，过量的氨与烟气中的SO₂反应后生成黏性强的亚硫酸氢铵(NH₄HSO₃)，亚硫酸氢铵与烟气中的飞灰吸附在下游空气预热器的冷端搪瓷上，造成空气预热器严重堵塞，压差增大，影响锅炉的安全稳定运行；②SCR出口监测点与机组烟气总排放口监测点间的监测数据存在较大差异，尤其是NO_x含量差异较大，两个监测点间的数据一致性差，现有SCR出口监测点的NO_x含量不能真实反映脱硝的情况；③锅炉飞灰中氨味较大(pH高达11以上)，已经严重影响炉灰的输出和销售。

当前喷氨采用SNCR(前置)+SCR(后置)的布置形式，SCR采用压缩空气雾化喷氨，氨水喷枪所处烟道宽深尺寸为5.4 m×7.8 m，共布置8支雾化喷枪(沿深度方向布置4支雾化喷枪，沿宽度方向的两侧各布置2支雾化喷枪)。由于喷枪布置间隔较大且插入烟道部分较短，宽度和深度方向都不能覆盖整个烟道，设计不合理，喷射效果不理想，氨烟混合效果较差。

2 改造方案

为防止空气预热器阻力上升，通过均匀喷氨，控制氨逃逸率在较低水平是最为直接的手段。将脱硝装置还原剂由氨水改为气氨，在多数发电企业中已经普及，其目的是减小脱硝喷氨过量系数，以缓解空预器堵塞、锅炉负荷无法提高、锅炉炉灰中氨含量较高、稀氨水用量偏大等问题。

2020年贵州赤天化桐梓化工有限公司对3^#锅炉进行了改造，在保留原稀氨水供输系统的前提下，优化了前期的SCR烟道流场，新增了供氨系统(气氨来自合成氨装置氨压缩机)，改造了喷氨系统(含喷氨格栅混合器)。烟气脱硝装置还原剂改造流程见图 1，喷氨格栅布置示意见图 2。

图 1

烟气脱硝装置还原剂改造流程

图 2

喷氨格栅布置示意

气氨与稀释风首先在氨空混合器中混合，然后通过5根喷氨支管分别喷入SCR反应器中。喷氨支管上设置手动调节阀，可通过节流孔板调节各支管中氨空混合气的流量配比。在改造完成投运后，进行喷氨优化调试试验，即根据人工测定SCR出口烟气中NO_x含量来调节各支管中的氨空混合气的流量，以实现整个烟道截面均匀喷氨。

3 改造效果

改造完成后，在脱硝SCR出口处用M900N型燃烧分析仪(上海英盛分析仪器有限公司)测定NO_x的含量，根据测定结果调整喷氨量，脱硝反应后烟气中NO_x质量浓度控制在70~90 mg/m³ (标态)时，炉灰中氨含量和脱硝装置氨耗均下降。

改造完成后，在3种特定工况下，对3^#锅炉与未改造的1^#锅炉、2^#锅炉炉灰中的游离氨测定结果进行比对，见表 1。

表 1

锅炉炉灰游离氨测定结果

工况		测量次数	炉灰中w(游离氨)/%
锅炉负荷/%	蒸气产量/(t·h^-1)	测量次数	1^#锅炉	2^#锅炉	3^#锅炉
90	198.0	1	0.08	0.09	0.03
		2	0.07	0.08	0.03
		3	0.09	0.09	0.03
70	154.0	1	0.09	0.10	0.04
		2	0.08	0.08	0.02
		3	0.08	0.07	0.02
		4	0.08	0.06	0.02
77	169.4	1	0.07	0.08	0.03
		2	0.10	0.07	0.02
		3	0.08	0.09	0.02

从表 1可以看出，在3种工况下，改造后的3^#锅炉炉灰中的游离氨含量明显下降。通过对前期运行数据的统计，3^#锅炉改造前折算成纯液氨耗量均值为36.2 kg/h，改造后为18.8 kg/h。按锅炉年运行时间7 000 h、纯液氨市场价3 000元/t计，3台锅炉全部完成改造后，年节约纯液氨365.4 t，每年可降低运行成本约109.62万元。

4 结语

(1) 3^#锅炉脱硝还原剂由稀氨水改为气氨后，炉灰中氨质量分数降至0.02%~0.03%，低负荷时可达0.02%，接近GB/T 39701—2020粉煤灰中铵离子的限量，满足检验方法对炉灰中氨质量分数小于0.021%的要求，缓解了因炉灰氨含量高引起的滞销问题。

(2) 改造后液氨消耗量减少，每年可降低运行成本109.62万元。

(3) 经统计分析，由于喷氨量的大幅下降，氨与烟气中的SO₂反应生成的NH₄HSO₃减少，进而减少了附着在下游设备空气预热器的黏性物质，空气预热器堵塞缓解，换热效果增强，排烟温度及引风机电耗下降，锅炉加减负荷的能力增强。