响应国家环保政策要求，华能白山煤矸石发电有限公司新建2×330MW循环流换床锅炉采用SNCR技术完成脱销系统的安装、调试及投入运行，实现DCS集中控制，脱销综合效率达到90%以上，是一个非常成功的环保设施应用案例。
1.前言
华能白山煤矸石发电有限公司2×330MW新建CFB锅炉脱硝改造工程采用选择性非催化还原烟气脱硝技术，深度响应国家环保政策，以节能减排、高效环保立项，并致力于创建环保示范电站为目标。本文以该项目的实际应用为背景，对选择性非催化还原(SNCR)技术实践进行浅显论述。
2.正文
2.1 SNCR技术的选择
CFB锅炉燃烧本身既是一种低NOX燃烧技术，自身脱硝效率可达40%～60%，导致CFB锅炉出口NOX浓度较低，燃烧优化后能进一步降低NOX排放浓度，再通过SNCR工艺，综合脱硝效率可达到90%左右，CFB+燃烧优化+SNCR，投资成本经济合理，脱硝效率满足国家法规要求，工艺成熟，安全可靠。
SNCR还原技术是用尿素作为还原剂喷入炉内与NOX进行选择性反应，不用催化剂。还原剂喷入炉膛温度为850～1150℃的区域，还原剂(尿素)迅速热分解成并与烟气中的NOX进行反应生成N2 、CO2和H2O，该方法是以炉膛上部分离器及尾部烟道为反应器。
尿素还原NOX的主要反应为：
NO+CO(NH2)2 +1/2O2→2N2+CO2+H2O
还原剂的反应高效温度范围称为温度窗。最佳温度区一般为 850～1100℃。而CFB锅炉特有的结构，有助于烟气和喷入还原剂的均匀混合，这主要是旋风分离器的强烈混合作用。循环流化床锅炉属于低温燃烧，其炉膛出口温度一般在850～1000℃区间内，在SNCR工艺高效“温度窗”内;燃烧后的烟气经过分离器，在分离器内剧烈混合且停留时间超过1.5秒，为SNCR工艺提供了天然的优良反应器。
2.2 以SNCR技术完成脱硝工艺实施
SNCR脱硝系统进行模块化设计，主要由尿素溶液储存与制备系统、稀释和计量分配单元、喷射系统、自控系统所组成。
作为还原剂的固体尿素，被溶解制备成质量浓度为 50%的尿素溶液。尿素溶液经输送泵输送至稀释模块前，与稀释水按一定比例混合后，被稀释为合适浓度的尿素溶液，在喷入炉膛之前，再经过计量分配装置的精确计量分配至每个喷枪，最后经喷枪喷入炉膛，进行脱硝反应。
脱硝工艺系统示意图
2.2.1 尿素的储存、制备系统
尿素用汽车袋装运输或罐车运输至厂区。通过卸料泵或提升机送至料仓，料仓的尿素原料给入溶解罐，溶解罐内尿素与系统凝结水通过搅拌混合成均匀的50%尿素溶液。
50%尿素溶液通过一用一备的耐腐蚀循环泵泵入两台尿素溶液储罐。运行中要保证尿素溶液温度不低于结晶温度(50%尿素溶液结晶温度为16.7℃，尿素溶解是吸热反应，50%尿素溶液配置会导致溶液温度约下降57.8℃，如水温控制不当会有大量尿素结晶沉淀析出)，适量加热可以避免尿素溶液过饱和。
2.2.2 稀释和计量分配系统
储罐里的尿素溶液用高压头耐蚀多级离心泵通过管道输送至炉膛顶部稀释装置旁。在泵出口布置有缓冲器以保护离心泵并使系统压力稳定。再用由凝泵出口引来的凝结水减压后将高浓度尿素溶液稀释至适当浓度。尿素溶液的浓度根据喷入点的流速、烟温、NOX浓度等参数试验确定，在确保高脱硝效率的前提下尽可能的减少喷水量。
稀释比例和喷射量调整由控制系统来完成，溶液在混合器混合均匀后进入流量分配模块。
喷射区计量模块用于精确计量和独立控制到锅炉每个喷射区的反应剂(尿素溶液)流量。该模块采用独立的化学剂流量控制，通过区域控制阀与控制器的结合，为复杂的应用情况提供所需的高水平的控制。该模块连接并响应来自机组燃烧控制系统、在线NOX、O2、逃逸氨的控制信号，自动调节反应剂流量，对NOX水平、锅炉负荷、逃逸氨浓度、燃料或燃烧方式的变化做出响应，打开或关闭喷射区或控制其质量流量。每一个区子模块可相互独立地进行运行和控制，该特性允许隔离每个子模块进行维修且不会严重影响工艺性能或总体的NOX还原效果。
通过计量分配系统，可以实现流量自动控制。系统启动前现根据CFD模拟数据预设每个喷嘴流量(开关调门)，投运后在现场根据测试结果进一步优化调整，系统投运后用调试数据修正自控参数以确保高效脱硝和低氨逃逸量。
雾化吹扫风量的调节与控制与喷嘴流量调节控制方式相同。冷却空气的量保证喷嘴的冷却需要即可。
2.2.3喷射系统
每个喷射器有三个进口，分别为尿素溶液、雾化吹扫风、夹套冷却风。
根据锅炉现场条件，喷射器的布置分为四个区域，每台旋风分离器前水平入口烟道为一独立区域。每个区域喷射器交叉布置在入口水平烟道两侧。分离器前喷入的还原剂在分离器内剧烈搅动后均匀混合;因烟气在分离器停留时间在1.5S以上，确保了反应时间;经优化调整后喷嘴处至尾部烟道烟温可长时间稳定在860～950℃，可以确保SNCR反应发生在较适宜反应温度窗内。
2.3 脱硝系统控制功能
2.3.1 尿素溶解控制
溶解罐调节控制回路调节凝结水系统来的工艺水量，维持适当的液位以溶解尿素;通过控制回路启停加热蒸汽，保证尿素溶解，启动前水温介于70～80℃间，水温合适后自动开启搅拌，制备合格的尿素溶液输送至储存罐。
2.3.2 计量、分配模块
喷射区计量模块是一级模块，用于精确计量和独立控制到锅炉内每个喷射区的反应剂浓度。该模块采用独立的还原剂流量控制，通过区域压力控制阀与就地控制器的结合，实现灵活稳定的剂量控制。
计量模块设计4个独立的子模块，每个子模块控制6个喷射器。
2.3.3 空气控制和吹扫
控制调节压缩空气系统压力，维持适当的雾化空气压力，通过压力控制阀维持每组分配模块的调节设备的空气压力，当喷射系统还原剂供应故障发生后，自动实现压缩空气吹扫和冷却。
2.3.4 DCS主控单元集中控制
脱硝系统自动调节由DCS来实现，主要采集的数据点为锅炉出口烟气NOX含量、稀释用耗水量、尿素溶解流量、输送泵入口、出口压力、压缩空气压力、喷射区尿素溶液流量等。控制设备包括尿素溶液变频输送泵，尿素溶液输送压力调节阀、稀释水压力调节阀、分离器配枪流量调阀。
脱硝系统自动调节的主要任务：
1、调节分离器喷入的还原剂量，保证锅炉烟气中NOX值满足设计及环保指标的要求。
2、实现制备、稀释、计量分配及喷射过程的自动控制，减轻值班员的劳动强度。
脱硝系统自动控制主要由两部分组成，即溶剂制备自动控制部分和喷射自动控制部分。
两部分并不相互独立，通过值班员设定烟气NOX定值，与实测的锅炉出口的排放值的偏差送至PID调节单元，实现偏差调节，在通过动态试验确定的溶液和稀释水的匹配函数关系式实现进入锅炉前尿素溶剂总量控制。
喷射自动控制单元接受总溶剂量并进行分配，分离器反应区按比例进行匹配，匹配原则是根据反应区温度场情况由值班员进行设定，力求最佳反应效果，分离器调节按分配的溶剂量为定值进行控制，通过实测的喷枪流量实现内闭环，实现了统一协调的脱硝自动控制调节。
通过系统逻辑编程、调试，实现所有控制区的设备集中控制，在DCS操作界面监视SNCR系统运行参数，远程控制循环模块、计量模块、各喷射区域流量分配及显示重要的报警和联动条件，并与锅炉运行状态协调动作，保证了系统投入的及时性。控制软件可以监视和存贮SNCR系统的运行和数据作出的响应，并这些数据贮存起来以备将来分析，经过系统调试及对各不同工况数据的整理，对相关控制参数进行进一步优化，即可实现全过程的自动协调控制，完全满足了环保排放标准要求。
3.SNCR技术应用体会
针对CFB锅炉的特点，通过燃烧优化取得一定的效果，充分应用SNCR技术，进行的脱硝工程建设，NOx排放浓度可稳定保持在95mg/Nm3以内，脱硝效率可达到环保要求，本项目的实施，是国内同类型机组脱硝改造工程的首例，其投资运行成本低，占地面积少，建设工期短，是目前较适合我国国情的脱硝技术的最佳选择。
