本站小編為你精心準備了鍋爐脫硝改造工程設計研究參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

摘要:近年來非電行業中小型鍋爐脫硝升級改造需求逐步增多，結合寧夏某廠6×75t/h循環流化床鍋爐脫硝改造工程設計實例，詳細闡述了SNCR+SCR脫硝工藝的整體改造方案，對工程設計中涉及到的催化劑選型與布置、分級省煤器改造等關鍵點進行詳實的分析，并在此基礎上提出了一些合理化的建議，以期為今后同類工程的設計和應用提供寶貴借鑒。

關鍵詞:中小型鍋爐;SCR+SNCR脫硝;分級省煤器;工程設計

1工程概述

寧夏某生物科技股份有限公司6×75t/h循環流化床鍋爐各配置了1套SNCR脫硝系統，鍋爐煙氣NOx排放濃度均能穩定控制在120mg/m3內(以NO2計，10%O2)。但隨著國家及地方環保標準的不斷提高，該廠需對鍋爐機組進行脫硝超低排放改造［1－6］。本項目采用SNCR+SCR耦合脫硝工藝［7－15］，在利舊原SNCR脫硝系統的基礎上，新增1層脫硝催化劑床層，布置于鍋爐尾部豎井煙道內，以期達到NOx排放濃度50mg/m3以下的設計目標。本文以此項目為例，詳細闡述了工程的整體改造方案，并對設計過程中的關鍵點進行分析，相關經驗可為今后同類工程的設計和應用提供寶貴借鑒。

2工藝設計參數

本項目共計6臺75t/h循環流化床鍋爐，由濟南鍋爐集團有限公司制造，型號均為YG－75/3．82－M10，具體工藝設計參數如表1所示。從表1可知，鍋爐煙氣中的NOx基礎濃度為300mg/m3，經SNCR脫硝后NOx排放濃度穩定在120mg/m3，原SNCR系統的脫硝效率60%;本項目脫硝改造要求SCR出口NOx的濃度小于50mg/m3，新增SCR系統脫硝效率60%，改造后SNCR+SCR耦合系統總的脫硝效率應為83．3%。

3整體改造方案

SCR脫硝系統中催化劑為核心設備，要將其布置于空間有限的鍋爐尾部豎井煙道，催化劑的選型和布置為本項目設計的一大關鍵點。高溫脫硝催化劑的運行溫度區間為320℃～410℃，結合催化劑模塊高度及上下安裝檢修空間，此處改造預留的脫硝空間最低不能小于3．6m，并且煙氣流速需滿足催化劑運行要求，催化劑孔內流速小于7m/s。本項目鍋爐煙氣中含灰量較低，粉塵含量僅為20g/m3，因此可以考慮選用蜂窩式催化劑。考慮到原有鍋爐機組結構緊湊，尾部豎井煙道沒有預留安裝脫硝催化劑的空間，因此設計過程中的另一大關鍵點就是鍋爐尾部受熱面的改造，在各負荷鍋爐煙氣參數不全的情況下，需為催化劑選擇合適的溫度區間，為催化劑騰出足夠的安裝檢修空間，同時盡可能讓SCR脫硝系統適應鍋爐運行工況。另外，鍋爐受熱面改造需保證不影響鍋爐的熱效率或將負面影響降至最低，受改造成本約束，改造范圍也要盡量縮小，爭取利舊原有設備。結合上述設計中需要注意的關鍵問題，本項目的設計思路如圖1所示，工藝設備參數詳見表2。如圖1所示，本項目SCR脫硝系統可分為3部分，主要包括催化劑、聲波吹灰系統以及檢修起吊系統。每臺鍋爐安裝一層脫硝催化劑，催化劑層布置在高溫省煤器和低溫省煤器之間的鍋爐尾部豎井內，煙氣垂直向下通過催化劑床層，催化劑使用蜂窩式催化劑。催化劑模塊上方及低溫省煤器上方各設置1臺聲波吹灰器，為方便催化劑的安裝檢修設置1臺電動起吊設施。鍋爐受熱面改造的具體方式為:更換省煤器所有管排，保持結構、換熱面積、煙速、水速不變，新管排重新分段后組合，即設置分級省煤器;高溫段管排的上半部分，標高上移;高溫段管排的下半部分與低溫段管排組合在一起，標高下移;由于空間不夠，高低溫過熱器和下級空預器不動，上、中級空預器整體利舊下移;改造一次風、二次風進出口連接煙道;原進出口集箱、支撐通風梁利舊，新供中間集箱。

4設計關鍵點分析

4．1催化劑選型及布置

現有鍋爐尾部豎井煙道省煤器處截面尺寸為6680mm×2120mm，在鍋爐滿負荷工況運行下，此處煙氣流速高至6．6m/s以上，安裝催化劑后，催化劑孔內流速將大大超出催化劑所能承受的極限，因此新設計的脫硝反應器截面必須擴大。但是考慮到鍋爐鋼架立柱的間距僅為7700mm×3140mm，催化劑安裝需避開鍋爐立柱且預留出反應器的保溫間距，尾部煙道的4根立柱已無法完全容納反應器所需的空間。在滿負荷煙氣量及反應煙溫等基礎條件不變的情況下，上下級省煤器之間的脫硝反應器只能通過變徑擴大其截面積，才能降低此處的煙氣流速。由于受4根鍋爐立柱的限制，長短邊只能選擇其中一邊進行變徑，且截面長寬比必須適中，否則在如此狹小的空間內，無法設置導流板的情況下，只會形成煙氣死區。受鍋爐場地空間條件限制，經綜合考量，本項目脫硝反應器的截面尺寸設置為7095mm×3050mm，此時煙氣在催化劑孔內流速為6．3m/s，已經超出常規設計的6．0m/s。并且催化劑模塊尺寸無法按照常規尺寸進行設計，需催化劑廠家定制模塊尺寸，才能在此規定空間內安裝催化劑模塊。本項目每層催化劑共計12個模塊，分為2種不同規格，其中模塊尺寸(L×W×H)1900×970×1330有9個，模塊尺寸(L×W×H)1285×970×1330有3個，催化劑相關技術參數詳見表3。

4．2鍋爐受熱面改造

本項目省煤器分級改造后，鍋爐原有熱效率不受影響，省煤器出口水溫保證鍋爐整體水循環安全，同時可以確保在65%～100%的鍋爐負荷內，SCR裝置入口煙溫維持在320℃～410℃之間。由此新設計的分級省煤器換熱面積與原有拆除的省煤器保持一致，省煤器煙速和水速也保持不變，但受熱面傳熱系數有所提高。更換后的分級省煤器管束共有48排，但是如何分配上級省煤器和下級省煤器之間的受熱面比例，則直接關系到脫硝系統乃至鍋爐機組能否正常運行。經熱力計算結果顯示，如表4所示，在65%～100%的鍋爐負荷內，上級省煤器的換熱管束分配12排，下級省煤器的換熱管束分配36排。在75t/h(100%)負荷情況下，脫硝催化劑反應溫度為360℃，下級省煤器出口180℃，上級煙氣側總表面積的傳熱系數:35．61W/(m2•K)，下級煙氣側總表面積的傳熱系數:30．41W/(m2•K);在48．75t/h(65%)負荷情況下，脫硝催化劑反應溫度為320℃，下級省煤器出口140℃，上級煙氣側總表面積的傳熱系數:26．27W/(m2•K)，下級煙氣側總表面積的傳熱系數:28．53W/(m2•K)。分級省煤器的設計應充分考慮換熱面積比例的合理分配，若上級省煤器分配少，下級省煤器分配多，在滿負荷運行時則有可能導致脫硝催化劑超溫;若上級省煤器分配多，下級省煤器分配少，則會導致脫硝系統可調整范圍變小，不能適應鍋爐的運行情況。本項目分級省煤器設計，滿負荷脫硝入口煙溫按360℃考慮是比較穩妥的選擇，省煤器在運行中會大量積灰，換熱效率會下降，此時催化劑的實際反應煙溫將會高于360℃。

4．3鍋爐尾部保溫設計

本項目鍋爐尾部保溫設計分為2部分，上級省煤器空間處采用重型爐墻，脫硝反應器及下級省煤器空間處采用輕型爐墻。

4．4其他需注意的設計要點

本項目鍋爐為流化床爐型，旋風分離器能分離掉大部分灰返回爐膛，改造前堵灰問題不大，飛灰顆粒細且松，雖然尾部積灰的程度較輕，但脫硝催化劑及省煤器、空預器等受熱面仍有積灰加劇的可能性，因此為脫硝系統配備吹灰裝置仍是不可或缺的。項目前期脫硝方案為催化劑模塊上方布置2臺聲波吹灰器，考慮到本項目最終設計的反應器截面尺寸為7095mm×3050mm，而一般的單臺聲波吹灰器軸向清灰距離能大于10m，徑向清灰距離能大于4m，因此考慮催化劑模塊上方布置1臺聲波吹灰器可滿足要求，另1臺吹灰器留給鍋爐受熱面使用。脫硝催化劑床層下方有下級省煤器和空氣預熱器等換熱設備，均存在堵灰的可能性。從結構上比較，利舊的空氣預熱器為立式預熱器，空氣走管外，煙氣走管內，阻力要比下級省煤器相對小得多，下級省煤器堵灰的可能性相對較大。另外空預器分為二次空氣預熱器和一次空氣預熱器，此處煙氣溫度較低，過量的氨會形成硫酸氫銨堵塞空預器，但是只要嚴格控制氨逃逸在3μL/L以內，就能有效降低堵灰的可能性。因此綜合考慮之下還是將多余的1臺聲波吹灰器布置于下級省煤器上方，確保脫硝催化劑和分級省煤器的正常運行。由于本項目受成本因素的制約，在確保裝置整體性能的前提下，應充分考慮利舊能用的設備及材料。除了利舊原SNCR系統、利舊的空預器下移，氨逃逸設備移位外，鍋爐鋼架上的橫梁、設備支撐通風梁、進出口集箱、平臺扶梯、爐墻緊固件以及鍋爐給水管道等材料均應考慮利舊使用，以降低項目成本。

5結論與建議

通過對本項目設計過程的詳細分析，以及結合脫硝裝置后期投運可能產生的問題，總結建議如下:(1)在條件允許的情況下，脫硝反應器的截面尺寸應盡量設計大一些，相對較低的煙氣流速不僅能減少對催化劑的沖刷磨損，提高催化劑的使用壽命，還能降低催化劑床層的阻力損失。(2)本項目鍋爐給水溫度原設計為150℃，建設單位僅是除氧后101℃直接給水，傳熱溫差變大，省煤器吸熱量加大，導致煙溫過低。針對鍋爐煙氣煙溫過低的項目，為防止尾部受熱面因脫硝系統而堵灰，建議建設單位采取增加給水低加系統、增加吹灰裝置或者空預器整體換內搪瓷管等方案。(3)采用SNCR+SCR耦合工藝的脫硝改造項目，一般都是布置1層脫硝催化劑，安裝的聲波吹灰器較少，因此考慮優化壓縮空氣系統，省去壓縮空氣罐，在接口氣源充足的情況下可以直接引出使用。近年來，國內大氣煙氣治理方向逐漸集中在非電行業上，鍋爐機組普遍都較小，脫硝改造采用SNCR+SCR耦合工藝路線的項目越來越多。本項目為6×75t/h循環流化床鍋爐脫硝改造工程，既涉及脫硝部分的改造，又涉及鍋爐受熱面的改造，具有一定的代表性，針對項目設計過程展開詳細分析，以期為類似的改造項目提供設計參考，總結工程經驗。

參考文獻:

［1］劉志坦，王凱，李玉剛．基于環保標準趨嚴的燃氣電廠脫硝方案研究［J］．電力科技與環保，2017，33(6):18－21．

［2］孟慶慶，李慶．基于國家新頒布污染物排放標準的煙氣脫硝改造技術路線［J］．華北電力技術，2013(2):50－55．

［3］王永祥，朱華，李世棟．循環流化床鍋爐環保達標排放改造［J］．齊魯石油化工，2017，45(2):137－141．

［4］薛建明，柏源，管一明，等．燃煤電廠超低排放綜合技術路線［J］．電力科技與環保，2016，32(3):12－15．

［5］李博，趙錦洋，呂俊復．燃煤煙氣超低排放技術路線選擇建議［J］．電力科技與環保，2016，32(5):13－15．

［6］張楊，楊用龍，馮前偉，等．燃煤電廠SCR煙氣脫硝改造工程關鍵技術［J］．中國電力，2015，48(4):32－35．

［7］朱晨曦，鄭迎九，周昊．SNCR+SCR煙氣聯合脫硝工藝在電站鍋爐中的應用［J］．中國電力，2016，48(2):164－169．

［8］侯致福，楊玉環．CFB鍋爐SNCR+SCR聯合脫硝超低排放工藝設計及應用［J］．華北電力技術，2017，38(2):30－33．

［9］仇云霞，王一東．SNCR+SCR聯合脫硝技術在煤粉爐的應用［J］．江蘇建材，2016(3):63－65．

［10］梁磊．2×75t/h煤粉鍋爐煙氣SNCR+SCR混合脫硝工藝設計及應用［J］．華北電力技術，2016，37(1):30－33．

［11］陳豐．SNCR+SCR耦合脫硝工藝的實際應用［J］．廣東科技，2014(10):102－103．

［12］周英貴，王生公．鍋爐煙氣脫硝方案選擇及其經濟性分析［J］．熱力發電，2012，41(4):1－3．

［13］鍋爐機組熱力計算標準方法．北京:機械工業出版社，1973．

［14］馮立波．燃煤電廠SCR反應器設計優化探討［J］．電力科技與環保，2016，32(2):12－14．

［15］張建華，沈家銓，周江，等．波紋板式SCR催化劑脫硝后空預器堵塞及成因探究［J］．電力科技與環保，2017，32(4):5－8．

作者：杜利敏 單位：福建龍凈環保股份有限公司