SNCR 脫硝技術在480 t/h循環流化床鍋爐上的應用

秦光耀

（鄭州電力高等專科學校 河南鄭州 450000）

煤炭是我國主要的能源資源，目前及今后很長一段時間，以煤為主的能源結構不會有根本的改變。在我國消費的煤炭中，70%以上是以燃燒方式消耗的，其中燃煤電站是主力軍，燃煤鍋爐燃燒產生煙氣中的NOx是人為NOx源的主要來源之一。因此，了解燃煤電站NOx的減排方法，實現NOx排放的有效控制，是實現國家減排任務的重要工作。在GB 13223-2011《火電廠大氣污染物排放標準》中，對現有循環流化床鍋爐污染物排放限值要求見表1：

表1 火電廠大氣污染物排放標準

現有的循環流化床鍋爐火電廠與在建的電廠,到2014年7月1日起都將執行表中規定的煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放限值。

目前,燃煤電站對氮氧化物（NOx）的控制主要有三種方法：①燃料脫硝；②改進燃燒方式和生產工藝，在燃燒中脫硝；③煙氣脫硝，即燃燒后NOx控制技術。前兩種方法是減少燃燒過程中NOx的生成量，第三種方法則是對燃燒后煙氣中的NOx進行治理。燃料脫硝技術也就是燃燒前對NOx產生的控制，將含氮較高的燃料煤轉化為低氮燃料，就目前的技術來說，難度很大，成本也很高，很難實現；改進燃燒方式和工藝其主要方法是通過運行方式的改進或對燃燒過程進行特殊控制，抑制燃燒過程中NOx的生成反應，從而降低NOx的最終排放量；煙氣脫硝,即把煙氣中己生成的NOx還原為N2,其主要包括選擇性非催化還原技術(SNCR)和選擇性催化還原(SCR)技術等。

目前對于燃煤鍋爐有兩種主流的煙氣脫硝技術——SCR與SNCR。

SCR（Selective Catalytic Reduction，選擇性催化還原）技術是利用氨對NOx的還原功能，在300～500℃條件下，利用催化劑將NOx還原為N2和水。

SNCR（Selective Non-Catalytic Reduction，選擇性非催化還原）技術是利用氨與NOx在900～1100℃的高溫下自發反應，將NOx還原為N2和水。

考慮到循環流化床鍋爐原始NOx排放水平較低，SNCR系統由于設備簡單、結構緊湊、成本低廉，因此更適宜于循環流化床鍋爐電廠。

1 設備簡介

某電廠采用480t/h超高壓、再熱、自然循環、循環流化床鍋爐,2009年發電標準煤耗為 340.3 g/kW·h，供電標準煤耗為379.3g/kW·h，鍋爐熱效率為90.99%，全廠熱效率為35.4%，萬元產值綜合能耗為1.02噸標準煤。

該電廠2#爐煤樣工業與元素分析結果如表2所示。該煤種屬于高灰分、低固定碳的劣質煤，熱值很低。其具體工業與元素分析結果如表2所示。

表2 某電廠2#爐煤樣工業與元素分析

2#鍋爐在2012年加裝了SNCR脫硝系統,系統使用尿素為還原劑，主要包括尿素溶液配制和儲存系統、尿素溶液輸送系統、尿素溶液分配和噴射系統3部分。

尿素溶液配制系統可實現尿素儲存、溶液配制和溶液存放的功能。尿素溶液輸送系統根據鍋爐負荷、NOx排放濃度及氨逃逸等情況在線通過變頻器控制計量泵把尿素溶液通過管道輸送到分流箱處。尿素溶液分配及噴射系統，實現各噴射點的尿素溶液的均勻分配，霧化噴射的氣液比控制，保證尿素溶液能夠適量并均勻覆蓋整個煙氣流道達到與煙氣良好混合的目的。在900～1150℃煙氣溫度區域,由上至下分4層共布置了8支墻式尿素溶液雙霧化噴槍，每只噴槍覆蓋一米的噴射范圍。墻式尿素溶液雙霧化噴槍采用雙流體霧化噴嘴,噴槍將還原劑溶液輸送到機械錐形霧化噴嘴，還原劑本身的壓力通過錐形噴嘴機械霧化，霧化后還原劑在壓縮空氣的帶動下通過扇形空氣霧化噴嘴進行二次霧化，以扇面的形狀高速噴向煙道內，很快與煙氣均勻混合。尿素溶液壓力約0.3～0.4MPa,壓縮空氣壓力約0.3～0.6MPa。當脫硝系統停止時，可以通過套管吹入壓縮空氣，冷卻噴槍。當脫硝系統長期不用時，可以通過快速法蘭，方便地從套管中抽出，退出鍋爐以避免受熱損壞。

2 脫硝原理

所謂SNCR技術，就是在不采用催化劑的情況下，在爐膛(或循環流化床分離器)內煙氣適宜處均勻噴入氨或尿素等氨基還原劑，還原劑在爐中迅速分解，與煙氣中的NOx反應生產N2和H2O．而基本不與煙氣中的氧氣發生作用的技術。SNCR反應控制在很窄的煙氣溫度范圍對應的爐膛位置進行。

使用氨作為還原劑、氨還原NO的化學反應，總包反應為

使用尿素作為還原劑，尿素還原NOx的反應，總包反應為

當溫度過高超過反應溫度范圍時,氨就會被氧化成NO x

因此，還原劑噴入點選擇非常嚴格滿足兩點：一是溫度合適、二是混合良好。

3 性能考核試驗

2013年3月完成了2#鍋爐的SNCR脫硝改造,試運行后進行了SNCR脫硝性能考核試驗。采用MCA04-M多組分高溫分紅外煙氣分析儀測量。該分析儀利用高溫紅外吸收原理（其中O2測量采用氧化鋯電化學法），氣體池額定工作溫度為185℃，能夠在露點溫度之上同時測量含水煙氣中 NH3、CO、NO、NO2、N2O、SO2、H2O、CO2、O2等組分濃度。由于鍋爐原始NOx排放濃度較低（小于100mg/m3），為驗證該SNCR系統在高原始NOx排放條件下的運行效果，測試過程中從爐膛頂部注入純NO氣體并調節注入量，以測試相應SNCR系統性能。

表3 2#爐煙氣氮氧化物測量值及對應工況

本次測試歷時3天，針對480tCFB鍋爐，重點進行了SNCR煙氣脫硝系統調試。得到以下結論：

3.1 該煤種由于揮發分含量較低，且爐溫控制較低，NOx整體排放水平較低，可以自然實現達標排放。隨著爐溫和氧量的增加，NOx排放增加，但敏感性較差，整體變動范圍在50～70mg/m3。

3.2 測試過程中從爐膛頂部注入純NO氣體并調節注入量，以測試相應SNCR系統性能。各工況下SNCR脫硝效率為45%～67%，并且在尾部煙道并未觀測到NH3逃逸。

4 結語

4.1 循環流化床鍋爐選用SNCR技術可以實現很低的NOx排放值，滿足最嚴格的NOx排放法規要求。

4.2 循環流化床鍋爐噴氨水或尿素的SNCR系統簡單，高效，安全，可靠。

4.3 循環流化床鍋爐的SNCR系統在經濟性方面的表現出色。

因此，循環流化床鍋爐噴氨水或尿素的SNCR系統是一種值得推廣的煙氣脫硝技術，具有廣闊的工程應用前景。且設備均實現了國產化,為國內同類燃煤鍋爐脫硝改造提供了很好的借鑒。

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