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SNCR脫硝+爐內(nèi)脫硫技術(shù)原理及其存在問題

　　我國大型火電廠煙氣脫硫主要采用石灰石/石膏濕法脫硫工藝，該技術(shù)脫硫效率高，但系統(tǒng)復(fù)雜、投資較大、占地面積大、運(yùn)行成本較高。新建小型燃煤鍋爐的二氧化硫和氮氧化物(以NO2計(jì))的排放均應(yīng)控制在100 mg/m3以內(nèi)，這就要求燃煤鍋爐必須肩負(fù)污染物排放控制與生態(tài)保護(hù)的環(huán)境責(zé)任，并肩負(fù)應(yīng)對氣候變化的歷史責(zé)任，SNCR脫硝+爐內(nèi)脫硫技術(shù)在此方面就發(fā)揮了重大作用。

　　1.工程概況

　　某工程建設(shè)2*150t/h機(jī)組，配套建設(shè)脫硫島裝置對2*150t/h爐后煙氣進(jìn)行脫硫、脫硝。鍋爐型式為TG-150/9.81-14，鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量為150t/h，過熱器出口蒸汽壓力為9.81MPa，過熱器出口蒸汽溫度為540度。對于高硫煤，用石灰石作添加劑可實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)脫硫，氨水或尿素作還原劑可實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)脫硝，效率可達(dá)95%以上，通過控制爐膛溫度和分級燃燒可以實(shí)現(xiàn)低NOX排放。近年來，CFB鍋爐作為一種環(huán)保型鍋爐在工業(yè)生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用。

　　2.循環(huán)流化床煙氣脫硫技術(shù)原理

　　目前，煙氣脫硫脫硝技術(shù)目前已經(jīng)很成熟，因其系統(tǒng)簡單，便于操作，價(jià)格低廉，應(yīng)用很廣泛，尤其在蒸發(fā)量小的鍋爐比較占優(yōu)勢。煙氣脫硫(FGD)是世界上唯一大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的脫硫方法。

　　基本原理是：鈣基脫硫劑是循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)燃燒過程中脫硫的最為廣泛應(yīng)用的脫硫劑，它不僅來源廣，價(jià)格低，更重要的是具有較好的低溫反應(yīng)活性和產(chǎn)物的抗高溫分解性能。

　　鈣基脫硫劑在循環(huán)流化床燃燒過程中脫硫的主要反應(yīng)

　　(1)脫硫劑的熱分解反應(yīng):CaCO3→CaO+CO2-178.4 kJ/mol

　　(2)脫硫反應(yīng):CaO+SO2→CaSO3

　　(3)氧化反應(yīng):CaSO3+1/2O2 →CaSO4+501.1 kJ/mol

　　其中，(1)反應(yīng)表明，石灰石等鈣基脫硫劑必須熱解成CaO才能有效固硫。這就是石灰石煅燒過程。石灰石煅燒溫度非常重要，溫度低于800℃則煅燒程度低，高于930℃則使產(chǎn)生的CaO晶格發(fā)生變化，尤其是孔隙變小或燒結(jié)堵塞，使CaO反應(yīng)表面積變小因而降低反應(yīng)活性。一般在850～910℃之間為最佳煅燒溫度。(2)、(3)反應(yīng)式，是CaO的固硫反應(yīng)和氧化反應(yīng)，產(chǎn)生亞硫酸鈣和較穩(wěn)定的硫酸鈣。

　　

　　從反應(yīng)(1)和(3)就可以看出，脫硫反應(yīng)中脫硫劑熱解為吸熱反應(yīng)，固硫反應(yīng)為放熱反應(yīng)，分析爐內(nèi)噴鈣脫硫影響鍋爐熱效率的因素主要有：a、噴射的鈣基吸收劑量過剩，導(dǎo)致吸收劑熱解吸熱，消耗爐內(nèi)熱量;b、吸收劑的輸送介質(zhì)為冷空氣，相當(dāng)于增加鍋爐漏風(fēng)、排煙熱損失有所增加。但是經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)研究，后面一種影響對于鍋爐熱效率的變化甚微，因此影響鍋爐熱效率的最大因素就是脫硫劑的利用率即鈣利用率。當(dāng)鈣利用率為35.6%時(shí)，脫硫放熱、吸熱平衡，對鍋爐熱效率不產(chǎn)生影響，若大于35.6%則對鍋爐熱效率產(chǎn)生正效應(yīng)，反之產(chǎn)生負(fù)效應(yīng)。

　　爐內(nèi)石灰石脫硫系統(tǒng)，要求石灰石純度>90%，石灰石粒度0～1mm，水分含量<0.5%。國外大量CFB鍋爐的脫硫運(yùn)行結(jié)果顯示，CFB鍋爐采用爐內(nèi)脫硫技術(shù)，SO2排放完全可以滿足排放標(biāo)準(zhǔn)，CFB鍋爐爐內(nèi)脫硫效率由脫硫劑特性及粒度、床層溫度、鈣硫比等因素決定。爐內(nèi)脫硫可以體現(xiàn)CFB鍋爐潔凈燃燒的技術(shù)優(yōu)勢，完全能夠?qū)崿F(xiàn)高效、低污染的清潔燃燒，不僅可以減少電廠占地面積，降低同城投資、廠用電耗和運(yùn)行成本，同時(shí)避免了二次污染。占地面積為濕法工藝的30%～40%，系統(tǒng)布置靈活，適合現(xiàn)有機(jī)組的改造和場地緊缺機(jī)組的新建;工程投資運(yùn)行費(fèi)用和脫硫成本相當(dāng)于濕法工藝的50%～70%;能源消耗如電耗、水耗等，僅為濕法工藝的30%～50%。循環(huán)灰及吸收劑中的氫氧化鈣顆粒迅速與煙氣中的SO2等酸性物質(zhì)混合反應(yīng)，生成CaSO4、CaSO3、以及CaCI2等干態(tài)物質(zhì)，并隨煙氣進(jìn)入布袋除塵器。

　　3.循環(huán)流化床SNCR煙氣脫硝原理 下面以尿素脫硝做一舉例：

　　首先將尿素在溶解罐中注水溶解，配置成35～40%左右濃度的尿素溶液，因尿素溶解為吸熱反應(yīng)，溶解過程中需要進(jìn)行加熱。將溶解好的尿素溶液通過加注泵輸送入儲罐內(nèi)以供后續(xù)SNCR 脫硝使用。
在進(jìn)行SNCR 脫硝時(shí)，尿素溶液輸送泵將30～40%左右的溶液從儲罐中抽出，在靜態(tài)混合器中和工藝水混合稀釋成10%左右的溶液，輸送到爐前SNCR 噴槍處。尿素溶液通過噴槍霧化后，以霧狀噴入煙氣系統(tǒng)內(nèi)，與煙氣中的氮氧化物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成氮?dú)?，去除氮氧化物，從而達(dá)到脫硝目的。

　　此外，在既定氨氮比的條件下，以尿素作為反應(yīng)劑，當(dāng)溫度區(qū)間為850～950℃時(shí)，脫硝效率最佳。

　　

　　4.SNCR脫硝+爐內(nèi)脫硫技術(shù)存在的問題
 

　　①向爐膛輸送石灰石粉無法保證均勻、連續(xù)，石灰石粒度、濕度等特性極易隨環(huán)境因素變化;

　?、谑沂圯^細(xì)且極易吸潮，導(dǎo)致料倉容易結(jié)塊堵塞，造成下料不暢;

　?、劢o料機(jī)易磨損;

　　④對鍋爐參數(shù)穩(wěn)定性要求太高;

?、菝摿蚋碑a(chǎn)品(CaSO4)的回收利用。

　　5.結(jié)語

　　循環(huán)流化床煙氣脫硫脫硫技術(shù)反應(yīng)劑直接與煙氣進(jìn)行接觸，提高了脫硫脫硝效率，與其他脫硫技術(shù)相比在諸多方面具有很大的優(yōu)越性。就目前的技術(shù)水平而言，傳統(tǒng)的脫硫工藝在設(shè)備投資、運(yùn)行等方面還有存在一些問題，采用爐內(nèi)脫硫和SNCR脫硝聯(lián)合深度煙氣凈化技術(shù)，在技術(shù)上可行合理，經(jīng)濟(jì)上具有明顯優(yōu)勢，政策方面完全符合國家產(chǎn)業(yè)政策要求。