锅炉脱硝SNCR系统提效降耗优化应用_张毅.pdf

环保节能环保节能环保节能环保节能清 洗 世 界Cleaning World第39卷第3期2023年3月0 引言近几年，循环流化床锅炉在工业企业得到了广泛的应用，与工业企业生产利润建立了紧密的联系。而脱硝是循环流化床锅炉运行的重要环节，SNCR系统是主要用脱硝设施。在锅炉脱硝 SNCR 系统运行过程中，存在效率不高、资源耗费量大等问题，影响了锅炉运行效益。因此，探究循环流化床锅炉脱硝 SNCR 系统的提效降耗优化方案具有非常突出的现实意义。1 锅炉脱硝 SNCR 系统概述一企业动力站配置有 3 台负荷为 240 t/h 的YG-240/9.8-M10 循环流化床锅炉（产于济南锅炉厂）、1 台负荷为 220 t/h 的循环流化床锅炉（产于东方锅炉工业集团有限责任公司）、2 台 25 MW 汽轮发电机（自备）以及 SFG23F-C6B 一次风机、SFG17D-C7B 二次风机、Y6-51No.26F 引风机等辅机。循环流化床锅炉尾部工艺系统设置脱硝 SNCR系统、氨法烟气脱硫系统、电袋复合除尘器以及150 m 高烟囱。其中，脱硝 SNCR 系统负责循环流化床锅炉脱硝超低排放。在脱硝 SNCR 系统运行过程中，锅炉耗煤量为 39.5 t/h，额定蒸发量为 240 t/h，过热蒸汽额定压力与额定温度分别为 9.8 MPa、540，设计给水温度与排烟温度分别为 158、135，一次/二次风量比、一次/二次热风温度分别为 5545、180，锅炉烟气量为 331213（1.5）Nm3/h，一次风量、二次风量分别为 167 000 m3/h（20）、136 000 m3/h（20），循环倍率为 1520。2 锅炉脱硝 SNCR 系统运行现状2.1 运行损耗240 t/h 的锅炉炉膛出口氮氧化物实际浓度最高可以达到 650 mg/Nm3，经过脱硝 SNCR 系统处理后，循环流化床锅炉出口氮氧化物实际排放浓度在140 mg/Nm3以上、200 mg/Nm3以内，基本实现预期设计目标。但是，因 240 t/h 循环流化床锅炉的炉膛出口原始氮氧化物浓度超标，脱硝 SNCR 系统处理后的氮氧化物排放浓度也无法达到重点地区大气污染物排放限定数值（100 mg/Nm3）的要求。2017 年，企业借助低氮燃烧改造契机，对脱硝 SNCR 系统进行改造，改造后锅炉脱硝 SNCR系统排放烟气中氮氧化物含量达到重点地区大气污染物排放限定数值要求，且脱硝 SNCR 系统氨水消耗量达到每小时 280 kg。同时，在 240t/h 循环流化床锅炉负荷低于 205 t/h 时，烟气中氮氧化物小于 50 mg/Nm3控制难度较大，且在主路全开无剩余量的情况下，脱硝 SNCR 系统消耗氨水量超过 500 kg/h，特别是在给煤机断煤或负荷大幅度波作者简介：张毅（1983-），男，大学本科，中级化工生产工程师，研究方向：循环流化床锅炉经济稳定运行，循环流化床过滤防磨防爆研究应用，流化床锅炉低氮燃烧技术等。收稿日期：2022-11-16。文章编号：1671-8909（2023）3-0122-003锅炉脱硝 SNCR 系统提效降耗优化应用张 毅（国家能源集团宁夏煤业甲醇分公司，宁夏 银川 750002）摘要：提效降耗是锅炉脱硝 SNCR 系统优化的主要方向。文章以一个锅炉脱硝 SNCR 系统为例，简单介绍了锅炉脱硝 SNCR 系统运行现状，并对其提效降耗优化应用方案进行了进一步探究，希望为锅炉脱硝SNCR 系统的应用优化提供一些参考。关键词：锅炉；脱硝 SNCR 系统；提效降耗中图分类号：X773 文献标识码：A123第 39 卷张 毅.锅炉脱硝 SNCR 系统提效降耗优化应用动的情况下，无法保证烟气中氮氧化物排出量在 50 mg/Nm3以内；而在 240 t/h 循环流化床锅炉负荷高于 205 t/h 时，需要额外开启氨水旁路阀，致使氨水消耗量超出 800 kg/h。总的来说，在循环流化床锅炉脱硝 SNCR 系统运行过程中，氮氧化物排放量基本控制在 50 mg/Nm3以内。但是，系统实际运行氨水消耗量偏高，运行成本处于较高水平。与此同时，大量喷氨伴随循环流化床锅炉空预器氨腐蚀、烟道氨大量逃逸问题，对锅炉运行效益造成了较大不利影响。2.2 运行效率从 240 t/h 循环流化床锅炉现有脱硝 SNCR 系统组成来看，包括氨水供给系统、氨水存储系统、氨水稀释计量系统、高流量循环管路、喷射系统、控制系统、分配系统、电气系统等部分。在实际运行过程中，高流量循环模块先抽取 20%氨水溶液，氨水溶液源于氨水储罐。抽取成功后，经背压阀组回归氨水储罐，整个过程维持循环管道内压力 0.8 MPa。同时，氨水计量系统由高流量循环管路出发，经流量计、调节阀进行定量氨水计取，模块内稀释子系统则根据计取结构吸取定量稀释水，稀释水源于稀释水箱。进而在后段混合器内混合氨水、稀释水，获得 5%氨水。最后，由分配系统将 5%氨水分配给若干喷枪，在压缩空气的驱动下完成氨水雾化，雾化后氨水可以进入锅炉内部。因喷枪布置方式、分配模块配置存在不足，锅炉现有脱硝SNCR系统运行效率较低。具体表现在：现有系统喷枪布置未结合分离器入口实际流畅，也未考虑氮氧化物分布特点，单一套喷枪选型无法有效覆盖烟道截面，也无法穿透烟道与烟气有效混合，致使氨逃逸量虚高。3 锅炉脱硝 SNCR 系统提效降耗的优化应用方案3.1 优化思路240 t/h 循环流化床锅炉现有脱硝 SNCR 系统优化的主要目标是：控制现有氨水耗量，将氨逃逸量控制在 8 mg/Nm3以内，保证最终氮氧化物排放量小于 50 mg/Nm3。根据 240 t/h 循环流化床锅炉现有脱硝 SNCR 系统优化的主要目标，在 CFD（数学模型）内进行锅炉炉膛氮氧化物浓度分布与温度分布、烟气组分分布、气流分布计算。根据计算结果，在专家系统内分析最佳喷枪数量、布置与安装方案，并解决 240 t/h 循环流化床锅炉现有脱硝 SNCR 系统设备老化、设计矛盾、管路冲突等问题。3.2 优化实践（1）控制系统优化。针对 240 t/h 循环流化床锅炉现有脱硝 SNCR 系统存在的控制延迟大、炉膛氮氧化物生成量不可知、干扰因素多等缺陷。面向脱硝 SNCR 系统自动控制需求，摒弃 PID 控制器（Proportional 比例，Integral 微分，Derivative 积分）控制模式，选用更为先进的模型预测控制技术，分析循环流化床锅炉运行特性、历史运行数据。即在现代化的模型辨识软件内，确定控制变量之间的精准数学模型。在精准数学模型内，借助多变量模型预测控制器，预先估测输出变量，为脱硝 SNCR系统控制过程的滚动优化提供依据。进阶过程控制方法为 MPC（Model Predictive Control，MPC，模型预测控制），控制变量为锅炉烟囱入口净烟气环保考核点的氮氧化物含量，前馈变量为引入省煤器出口氧量、床温、主蒸汽流量、脱硫入口氮氧化物浓度等，净烟气氮氧化物浓度的控制重点为脱硝 SNCR 系统喷氨总量的控制。NOx 为氮氧化物；CV 为净烟气氮氧化物浓度，DV 为主蒸汽流量、氧量；MV 为脱硝 SNCR 系统喷氨量；MPC 为模型预测控制。在优化后，采用脱硫入口氮氧化物测点趋势拟合算法，稳定脱硝 SNCR 系统控制过程，解决净烟气氮氧化物浓度测点 10 min 定期维护干扰控制系统问题，确保排放口环保指标净烟气氮氧化物浓度低于标准限度，且处于长期稳定状态，减少氨逃逸量、空预器内氨结晶量以及氨逃逸带给系统的运行压力。（2）计量分配系统优化。在 240 t/h 循环流化床锅炉现有脱硝 SNCR 系统中，计量分配子系统集成了 2 个分配器入口、6 支喷枪。为解决 2 个分配器入口喷枪运行不规律问题，将计量分配子系统优化为 2 个分配模块，每一套分配模块均对应 1 个分离器，并配置手动球阀、压力表、转子流量计、止逆阀等配件。（3）雾化风系统优化。在 240 t/h 循环流化床锅炉现有脱硝 SNCR 系统中，雾化风子系统源于既有压缩空气管路。为解决雾化不均问题，在拆除原有雾化风支管路的基础上，进行 12 支 304 不锈钢管路的重新接引。接引位置是分离器入口两侧、分离器出口。同时，304 不锈钢支管路经金属软管连接喷枪套管，并进行止逆阀、手动球阀、压力表等配件配置，满足雾化风子系统均匀、高效率运行124第 3 期清 洗 世 界需求。（4）冷却风系统优化。在 240 t/h 循环流化床锅炉现有脱硝 SNCR 系统中，冷却风子系统的冷却风源一定。基于此，可以在拆除原有冷却风支管路的基础上，进行 12 支镀锌碳钢支管的重新接引。接引位置是分离器入口两侧、分离器出口。同时，镀锌碳钢支管路经金属软管与喷枪套管连接。（5）喷射系统优化。在计量分配子系统、雾化风子系统、冷却风子系统优化的基础上，拆除每一台分配器入口布置的喷枪（3 只）。成功拆除后，将 4 只喷枪重新安装在每一台分离器入口应流侧的适宜位置，并将 2 只喷枪安装在每一台分离器出口的适宜位置，单台 240 t/h 循环流化床锅炉脱硝SNCR 系统配置 12 只喷枪（新型高效双流雾化喷枪）。借助喷枪强劲雾化穿透、抗磨损的优良能力，满足 240 t/h 循环流化床锅炉脱硝 SNCR 系统高效率运行要求。3.3 预期优化效果（1）降耗效果。为确定 240 t/h 循环流化床锅炉现有脱硝 SNCR 系统预期优化效果，开展 168 h 性能试验，确定 240 t/h 循环流化床锅炉运行期间主蒸汽流量达到 200 t/h，且氧含量超过 2%，脱硝 SNCR系统氨水单耗小于改造前，下降值达到 15%及以上。以单台 240 t/h 循环流化床锅炉负荷 200 t/h、氨水投加量 500 kg/h 为前提，优化后单台 240 t/h 循环流化床锅炉氨水损耗量降低 15%（含氨逃逸减少），对应的氨水损耗量下降值为 75 kg/h。在氨水采购成本为 500 元/t、240 t/h 循环流化床锅炉年运行有效利用时间为 8 000 h 时，每年可以节约氨水成本为 30万元（0.075 t/h500 元 8 000 h）。与此同时，氨逃逸量的显著下降，可以降低 240 t/h 循环流化床锅炉空预器腐蚀风险，减少空预器维护成本。而脱硝SNCR 系统喷氨量的下降，也会带来压缩空气、蒸汽、电耗、除盐水等材料成本的下降。除此之外，脱硝 SNCR 系统自动控制系统的优化，可以减少脱硝SNCR系统运行中的人员数量，降低人工成本。（2）提效效果。在 240 t/h 循环流化床锅炉脱硝 SNCR 系统改造后，喷射装置使用年限超过 1 年，阀门与净烟气氮氧化物测点稳定运行，达到每小时平均净烟气氮氧化物浓度小于 50 mg/Nm3的环保目标。同时，净烟气氮氧化物波动偏差 70%时间、90%时间分别小于 6 mg/Nm3、10 mg/Nm3。在脱硝 SNCR 系统自动投入率达到 100%时，空预器内氨结晶引发的堵塞问题显著缓解，降低系统运行中人员工作强度。4 结语综上所述，优化升级锅炉现有脱硝 SNCR 系统，是降低锅炉氨水耗量、实现提效降耗的主要措施之一。因此，技术人员可以根据锅炉脱硝 SNCR 系统运行参数，结合脱硝 SNCR 系统运行损耗现状，有针对性地改造脱硝SNCR系统计量分配、雾化风、冷却风部分，降低脱硝 SNCR 系统运行过程中的氨损耗量，提高脱硝 SNCR 系统运行效率，为循环流化床锅炉运行效益的提升提供依据。参考文献：1 王路明，华超，徐连春.西南某 5000t/d 熟料生产线 SNCR 脱硝系统介绍 J.水泥工程，2020(03):73-74.2 孙锐.SNCR 脱硝技术对烧成系统热耗的影响研究J.新世纪水泥导报，2022(05):12-14.3 康佳月.燃煤热水锅炉 SNCR+SCR 脱硝系统运行常见问题及对策分析 J.区域供热，2021(04):13-20.4 郭琴.SNCR+SCR 联合脱硝工艺在中小型循环流化床锅炉烟气超超低排放技术的工程应用 J.广西节能，202