王輝（河南能化集團(tuán)豫北化工公司中新化工有限責(zé)任公司熱電分廠主任工程師）

SNCR脫硝技術(shù)在流化床鍋爐實際應(yīng)用討論

王輝（河南能化集團(tuán)豫北化工公司中新化工有限責(zé)任公司熱電分廠主任工程師）

隨著環(huán)保要求越來越嚴(yán)格，如何治理NOx污染，對已建鍋爐如何改造使我們當(dāng)前較為緊急的任務(wù)。本文通過分析SNCR脫硝技術(shù)的工藝原理和特點，研究循環(huán)流化床鍋爐，對SNCR脫硝系統(tǒng)優(yōu)缺點進(jìn)行分析。

NOx污染治理；循環(huán)流化床鍋爐；SNCR；脫硝系統(tǒng)優(yōu)缺點

近來國家環(huán)保要求越來越嚴(yán)格，據(jù)新版《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13223-2011）要求，2003年12月31日前建成投產(chǎn)或通過建設(shè)項目環(huán)境影響報告書審批的火電廠鍋爐自2014年7月1日起執(zhí)行200mg/Nm3的NOx排放限值；2003年12月31日后建成投產(chǎn)或通過建設(shè)項目環(huán)境影響報告書審批及重點區(qū)域的火電廠鍋爐自2014年7月1日起執(zhí)行100mg/Nm3的NOx排放限值。也就是說現(xiàn)在所有未建脫硝裝置的鍋爐都將面臨重新安裝的局面，鑒于此項問題本文將深入介紹SNCR脫硝技術(shù)，為同行提供參考。

1 SNCR脫硝原理

氨為還原劑時：

4NH3+6NO→5N2+6H2O

目前的趨勢是采用尿素代替NH3作為還原劑，使得操作系統(tǒng)更加安全可靠，而不必?fù)?dān)心因NH3的泄漏而造成新的污染。尿素作還原劑時：

（NH2）2CO→2NH2+2CO

NH2+2NO→N2+H2O

CO+NO→N2+CO2

2 SNCR脫硝裝置簡介

2.1 SNCR裝置工藝流程

通過卸氨泵將10%的氨水溶液輸送至氨水儲罐，氨水溶液通過氨水輸送泵轉(zhuǎn)移至氨水溶液計量模塊柜，同時通過氨水回流管路上的背壓閥調(diào)節(jié)壓力，恒定壓力。再通過計量模塊中流量計與調(diào)節(jié)閥控制流量，按實際需要進(jìn)入左右側(cè)的氨水分配模塊。

每個氨水分配模塊柜再將18%氨水溶液進(jìn)一步分配成4路進(jìn)入噴槍。同時每只氨水分配模塊柜同時將壓縮空氣分成4路，分別接入4支噴槍用于霧化氨水溶液。

噴槍的密封盒設(shè)有冷卻風(fēng)保護(hù)，冷卻風(fēng)來自鍋爐鼓風(fēng)機出口的冷風(fēng)道。

2.2 工藝設(shè)備

系統(tǒng)主要包括還原劑溶液制備存儲系統(tǒng)、氨水溶液噴射系統(tǒng)、自控系統(tǒng)等。

2.2.1 氨水儲存及供應(yīng)系統(tǒng)

氨水儲存系統(tǒng)按一臺氨水儲罐設(shè)計，氨水由氨水輸送泵送給計量和分配裝置，配置用于遠(yuǎn)程控制和監(jiān)測循環(huán)系統(tǒng)壓力、流量等儀表。

2.2.2 氨水溶液噴射系統(tǒng)

該系統(tǒng)布置在爐區(qū)，用來將計量后的氨水按要求分配輸送至噴射器，通過噴射器注入鍋爐內(nèi)部適當(dāng)位置。該系統(tǒng)主要由以下部件/裝置組成：

（1）計量裝置，由流量計、調(diào)節(jié)閥形成控制回路，調(diào)控氨水噴射量及鍋爐NOx濃度。

（2）分配裝置，由分支的流量計、調(diào)節(jié)閥、壓縮空氣控制閥等組件構(gòu)成。

（3）還原劑噴射器，是噴射氨水裝置。

（4）煙氣分析儀，主要作用為自動控制系統(tǒng)提供分析數(shù)據(jù)。

（5）自動控制系統(tǒng)

通過前饋控制參數(shù)（鍋爐負(fù)荷、溫度）和反饋控制參數(shù)（出口NOx濃度、氨逃逸量）來進(jìn)行連續(xù)不斷的調(diào)整。在保持NOx排放濃度（或脫硝效率）及NH3逃逸率小于設(shè)定值的條件下，根據(jù)前饋控制參數(shù)確定不同負(fù)荷時還原劑的噴射量，再以反饋控制參數(shù)來調(diào)整還原劑的噴射量。當(dāng)鍋爐負(fù)荷、原始煙氣中NOx濃度低于設(shè)定值等情況下，停止投加還原劑。

3 SNCR系統(tǒng)工藝特點及優(yōu)缺點

SNCR脫硝技術(shù)受其自身工藝特點局限性較大，首先此項技術(shù)不能脫除高濃度的NOx，其次在鍋爐中反應(yīng)需要合適的溫度范圍及充足的反應(yīng)時間，以下就SNCR脫硝技術(shù)優(yōu)缺點進(jìn)行分析。

3.1 溫度對SNCR脫硝工藝的影響

溫度對SNCR的還原反應(yīng)的影響最大。此項技術(shù)最合適的溫度范圍是850-950℃。

當(dāng)溫度高于950℃時，NOx的脫除率逐步的降低，同時氨氣開始進(jìn)行熱分解，而溫度進(jìn)一步的升高后，NH3的氧化反應(yīng)開始起主導(dǎo)作用：

4NH3+5NO→4NO+6H2O

從而，NH3的作用成為氧化并生成NO，而不是還原NO為N2。

溫度低于900℃，反應(yīng)不完全，開始出現(xiàn)氨逃逸，而溫度進(jìn)一步低于850℃，反應(yīng)不完全，氨逃逸量大大增加，NOx去除率降低。

通過各種資料反應(yīng)，氨氣在溫度窗口停留0.3 s-0.4 s的時間以達(dá)到有效的脫除NOx的效果。

這方面流化床鍋爐非常適合，流化床鍋爐最佳的溫度窗口通常出現(xiàn)在旋風(fēng)分離器入口所在的區(qū)域。首先此區(qū)域溫度在850-950℃溫度反應(yīng)窗口內(nèi)，其次煙氣溫度在旋風(fēng)分離器中降低幅度很小，依然在反應(yīng)溫度區(qū)間，這樣NH3在鍋爐停留的時間超過1 s，可以出現(xiàn)最佳NOx脫除率，另外氨氣在旋風(fēng)分離器中可以充分與煙氣混合。

總之，SNCR還原NO的過程是上述兩類反應(yīng)相互競爭、共同作用的結(jié)果。煤粉爐由于爐膛溫度高，反應(yīng)區(qū)間小等不利因素造成不能很好的利用此項技術(shù)，而流化床鍋爐就可以避免此項缺點，合理的設(shè)計及運行保證此項技術(shù)在流化床鍋爐非常良好的運行。

3.2 脫除效率影響及氨逃逸對鍋爐的影響

在調(diào)試階段，各氨水噴射器的流量閥門開度均被設(shè)定好，在投運期間不再變動，而只調(diào)節(jié)各層的氨水溶液總流量。當(dāng)實際運行工況與調(diào)試工況存在差異時，這種相對固定的噴氨量會導(dǎo)致氨水大大富裕。而且為了達(dá)到合格的NOx脫除效率，氨水的用量必須比涉及用量的要多。在溫度較高時，氨氣會自動分解為氮氣和水，而在溫度為200℃-290℃的范圍內(nèi)，煙氣中的氨與SO3和H2O產(chǎn)生反應(yīng)。

而反應(yīng)生成硫酸氫銨（NH4HSO4）硫酸氫銨會與煙氣中的飛灰顆粒相結(jié)合，附著在金屬表面，因此受熱面會形成融鹽狀的積灰，造成省煤器、空預(yù)器堵塞、腐蝕及傳熱效率降低等。硫酸氫銨生成的反應(yīng)速率主要與溫度、煙氣中NH3、SO3及H2O濃度有關(guān)，對于實際鍋爐，煙氣中SO3及H2O濃度不受人為的控制，所以必須對煙氣中未反應(yīng)的NH3的濃度加以嚴(yán)格控制。

3.3 噴孔壁腐蝕

氨水是一種腐蝕性的液體，如果混合或霧化不均勻，則會出現(xiàn)液滴腐蝕現(xiàn)象。

通過各種方案的對比，采取的方案也多種多樣。如改變噴射器結(jié)構(gòu)；改變噴射器與爐壁的夾角；噴孔下部加護(hù)板；噴孔加套管；定期進(jìn)行霧化試驗。

3.4 噴射器堵塞或霧化不良

在實際運行中，由于管道內(nèi)雜物及氨水中雜質(zhì)的影響，不可避免的造成噴槍的堵塞，在脫硝效率達(dá)到要求是不容易發(fā)現(xiàn)，造成了噴射器堵塞或霧化不良。這樣進(jìn)一步造成鍋爐受熱面的腐蝕。

3.5 SNCR的優(yōu)點：

（1）不使用催化劑，運行成本低，有很大的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。

（2）SNCR脫硝系統(tǒng)不使用大的壓縮機系統(tǒng)，消除了無水氨的貯藏，不需要很大的場地。

（3）SNCR建設(shè)周期短，基建投資少。

（4）由其反應(yīng)機理，比較適合于現(xiàn)有機組中小型電廠改造項目。

（5）此法的脫硝效率約為40%-70%，還可以作為低NOx燃燒技術(shù)的補充處理手段。

（6）SNCR技術(shù)是已投入商業(yè)運行的比較成熟的煙氣脫硝技術(shù)。

（7）現(xiàn)代更有效的霧化控制模式、更精確的NOx測量技術(shù)可更好地控制脫硝劑的噴入劑量和混合程度，使其可獲得更高更穩(wěn)定的脫硝效率。

4 結(jié)語

通過上述SNCR裝置工藝的分析，在流化床鍋爐具有合適的溫度反應(yīng)窗口，較長的反應(yīng)時間保證了反應(yīng)效率，只要得當(dāng)?shù)牟僮鬟\行，SNCR裝置可以長周期穩(wěn)定運行。這為我們已建需改造的小型鍋爐提供了很好的技術(shù)參考。在公司資金、場地等條件的限制下，考慮SNCR裝置是很好的選擇。

［1］王智化，周俊虎，周吳，等.爐內(nèi)高溫噴射氨水脫除NOx機理及其影響因素的研究［J］.浙江大學(xué)學(xué)報：工學(xué)版，2004，38（4）：495-500.

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