SNCR脫硝裝置在應用中需注意的問題

劉曉紅(河北金萬泰化肥有限責任公司 河北省新樂市050700)

隨著我國工業的持續發展和能源消費總量的大幅攀升，我國氮氧化物排放量迅速增長，由氮氧化物等污染物引起的臭氧和細粒子污染問題日益突出，2011年全國人大審議通過了“十二五”規劃綱要，提出將氮氧化物首次列入約束性指標體系，要求“十二五”期間工業氮氧化物排放減少10%。基于以上原因，2012年底，我公司在鍋爐改造過程中選用了SNCR脫硝技術，2013年8月完成全部施工工作并進行了調試運行，運行結果基本滿足設計要求，達到了最初目的。但在調試過程中，SNCR系統也反映出一些在裝置設計時需要注意的問題。

一、SNCR脫硝技術簡介

SNCR脫硝技術是將NH3、尿素等還原劑噴入鍋爐爐內與NOx進行選擇性反應，不用催化劑，因此必須在高溫區加入還原劑。還原劑噴入爐膛溫度為850-1100℃的區域，迅速熱分解成NH3，與煙氣中的NOx反應生成N2和水，該技術以爐膛為反應器。SNCR煙氣脫硝技術的脫硝效率一般為30%-45%，受鍋爐結構尺寸影響很大。在850-1100℃范圍內，NH3或尿素還原NOx的主要反應為：

當溫度過高時，超過反應溫度時，由于氨的分解會使NOx還原率降低，另一方面，反應溫度過低時，氨的逃逸增加，也會使NOx還原率降低，SNCR工藝的NOx脫硝效率主要取決于反應溫度、NH3和NOx的化學計量比、混合程度、反應時間等。SNCR系統煙氣脫硝過程是由下面四個過程完成的：接收和儲存還原劑；在鍋爐合適位置注入稀釋后的還原劑；還原劑的計量輸出、與水混合稀釋；還原劑與煙氣混合進行脫硝反應。

二、SNCR脫硝技術的特點

1.SNCR脫硝過程不使用催化劑，投資與運行成本低，SO2/SO3轉化率小，故造成空預器堵塞的機會非常小。

2.SNCR所需設備占地面積小，且相對于SCR設備簡單，施工量減少，縮短了工程實施時間，對于改造機組而言，在場地限制較大的情況下更便于工程實施。我公司占地面積較小，場地受限，因此這也是我公司選擇SNCR脫硝的主要原因之一。

3.SNCR脫硝的整個過程沒有壓力損失，因此不需提高引風機壓頭，特別是改造機組不需對引風機進行改造，既節省了投資又縮短了建設工期。

4.SNCR工藝整個還原過程在鍋爐內部進行，不需要另外設立反應器。還原劑通過安裝在鍋爐墻壁上的噴嘴噴入煙氣中。噴嘴布置在燃燒室和省煤器之間的過熱器區域，鍋爐的熱量為反應提供了能量，使NOx在這里被還原。

三、需要注意的問題

1.噴槍位置的選擇

SNCR脫硝不使用催化劑，完全憑借高溫條件下NOx與氣氨或者其他NHx系還原劑發生反應，最佳反應溫度在900℃-1100℃。在最佳溫度區域設置噴槍，對提高脫硝效率、減少氨逃逸有著重要意義。不同鍋爐其對應的最佳溫度區域是不相同的，而且即使相同鍋爐在不同負荷情況下其最佳溫度區域也是不相同的。因此，在選擇噴槍位置時必須對不同負荷下對應的最佳溫度區域進行模擬，按試驗結果設置噴槍。最理想的狀態是在不同負荷下的最佳溫度區域都設置噴槍位置，在操作時根據負荷開停相應的噴槍。但在工程實踐中，這樣設置可能使工程造價成倍提高，不具備可行性。這就要求在向設計單位提供鍋爐參數時，首先要綜合考慮鍋爐運行狀況，提供鍋爐在長周期運行情況下最可能的運行負荷，并以此為依據進行設計。其次，對鍋爐使用的燃料煤中各種元素含量要有大致了解，提供的煙氣中NOx含量盡量準確，防止噴槍的過度配置，增加工程成本。

2.脫硝劑的種類及噴入量選擇

我公司采用的脫硝劑為含氨為8%左右的氨水和含氨5%左右的尿素解析液。采用這兩種脫硝劑分別進行過脫硝試驗的結果證明，它們都能滿足脫硝設計要求，在脫硝效果上并無不同。但在最初運行過程中，在噴入尿素解析液時，出現過返料器結塊堵塞導致被迫停爐的事故。事后分析其原因，認為是尿素解析液噴入量過大，造成液體氣化不及時導致粉塵結塊。因此，在后來的調試中，在噴頭流量設置上進行了優化，每個噴頭流量設置了上限，防止噴入還原劑過多，解決了結塊問題。

3.儀表設置的選擇

我公司對脫硝裝置煙氣系統的測量儀表進行了簡化，只保留了脫硝后煙氣中氨逃逸測量表和NOx含量測量表，沒有設置脫硝前NOx測量表，鍋爐內部工藝參數都引自鍋爐原有儀表。在運行過程中，上述設置基本能夠滿足裝置運行要求，但是缺少脫硝前NOx測量表給直觀反映脫硝前煙氣中NOx含量變化、主動調節還原劑加入量、計算系統脫硝效率帶來了不便。建議在資金狀況允許的情況下設置脫硝前NOx含量測量表。

4.SNCR煙氣脫硝與配套脫硫方式的選擇

在煙氣中NOx含量較高的工況下，僅靠SNCR脫硝并不能滿足排放要求，因此使煙氣脫硫裝置承擔部分脫硝任務不可避免。煙氣脫硫目前采用較多的有干法和濕法，在濕法中又分為氨法、氧化鈣法和鎂法。我公司煙氣脫硫選用了氨法。主要原因有三：一是我公司自產合成氨，氨水來源豐富；二是脫硫、脫硝都采用氨法，氨水罐區可以統一布置；三是脫硫產物硫酸銨可以作為復合肥原料，銷路較好。通過煙氣脫硝、脫硫聯合運行，煙氣中NOx含量可以保持在50mg/m3以下，達到國家排放標準。因此，建議在選擇煙氣脫硝、脫硫裝置時應綜合考慮，盡量使其設備布置、控制系統、測量系統能滿足兩套裝置要求。

結束語

我公司的脫硝工藝主要以NH3為還原劑，通過一段時間的調試，現在整套系統基本運行平穩，煙氣脫硝效果也基本達到設計要求，但整套系統還未達到最佳運行狀態，工藝操作仍然需要繼續優化，相關工藝操作和指標控制仍然需要不斷摸索。

就目前的形式來看，治理霧霾天氣將成為我國未來一段時間的重要任務，而治理霧霾天氣首先要從減少工業排放入手，鍋爐煙氣的脫硫脫硝等環保裝置將逐漸成為國家要求的標準配置，煙氣SNCR脫硝裝置與脫硫裝置相結合進行綜合設計必將成為一種趨勢，其投資費用低、運行簡單等特點將成為越來越多廠家的選擇。