SNCR脫硝技術在流化床鍋爐實際應用討論

王輝（河南能化集團豫北化工公司中新化工有限責任公司熱電分廠主任工程師）

SNCR脫硝技術在流化床鍋爐實際應用討論

王輝（河南能化集團豫北化工公司中新化工有限責任公司熱電分廠主任工程師）

隨著環保要求越來越嚴格，如何治理NOx污染，對已建鍋爐如何改造使我們當前較為緊急的任務。本文通過分析SNCR脫硝技術的工藝原理和特點，研究循環流化床鍋爐，對SNCR脫硝系統優缺點進行分析。

NOx污染治理；循環流化床鍋爐；SNCR；脫硝系統優缺點

近來國家環保要求越來越嚴格，據新版《火電廠大氣污染物排放標準》（GB13223-2011）要求，2003年12月31日前建成投產或通過建設項目環境影響報告書審批的火電廠鍋爐自2014年7月1日起執行200mg/Nm3的NOx排放限值；2003年12月31日后建成投產或通過建設項目環境影響報告書審批及重點區域的火電廠鍋爐自2014年7月1日起執行100mg/Nm3的NOx排放限值。也就是說現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，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，使得操作系統更加安全可靠，而不必擔心因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節壓力，恒定壓力。再通過計量模塊中流量計與調節閥控制流量，按實際需要進入左右側的氨水分配模塊。

每個氨水分配模塊柜再將18%氨水溶液進一步分配成4路進入噴槍。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。

噴槍的密封盒設有冷卻風保護，冷卻風來自鍋爐鼓風機出口的冷風道。

2.2 工藝設備

系統主要包括還原劑溶液制備存儲系統、氨水溶液噴射系統、自控系統等。

2.2.1 氨水儲存及供應系統

氨水儲存系統按一臺氨水儲罐設計，氨水由氨水輸送泵送給計量和分配裝置，配置用于遠程控制和監測循環系統壓力、流量等儀表。

2.2.2 氨水溶液噴射系統

該系統布置在爐區，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部適當位置。該系統主要由以下部件/裝置組成：

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

（2）分配裝置，由分支的流量計、調節閥、壓縮空氣控制閥等組件構成。

（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提供分析數據。

（5）自動控制系統

通過前饋控制參數（鍋爐負荷、溫度）和反饋控制參數（出口NOx濃度、氨逃逸量）來進行連續不斷的調整。在保持NOx排放濃度（或脫硝效率）及NH3逃逸率小于設定值的條件下，根據前饋控制參數確定不同負荷時還原劑的噴射量，再以反饋控制參數來調整還原劑的噴射量。當鍋爐負荷、原始煙氣中NOx濃度低于設定值等情況下，停止投加還原劑。

3 SNCR系統工藝特點及優缺點

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

3.1 溫度對SNCR脫硝工藝的影響

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

當溫度高于950℃時，NOx的脫除率逐步的降低，同時氨氣開始進行熱分解，而溫度進一步的升高后，NH3的氧化反應開始起主導作用：

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℃，反應不完全，開始出現氨逃逸，而溫度進一步低于850℃，反應不完全，氨逃逸量大大增加，NOx去除率降低。

通過各種資料反應，氨氣在溫度窗口停留0.3 s-0.4 s的時間以達到有效的脫除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在旋風分離器入口所在的區域。首先此區域溫度在850-950℃溫度反應窗口內，其次煙氣溫度在旋風分離器中降低幅度很小，依然在反應溫度區間，這樣NH3在鍋爐停留的時間超過1 s，可以出現最佳NOx脫除率，另外氨氣在旋風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相互競爭、共同作用的結果。煤粉爐由于爐膛溫度高，反應區間小等不利因素造成不能很好的利用此項技術，而流化床鍋爐就可以避免此項缺點，合理的設計及運行保證此項技術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

在調試階段，各氨水噴射器的流量閥門開度均被設定好，在投運期間不再變動，而只調節各層的氨水溶液總流量。當實際運行工況與調試工況存在差異時，這種相對固定的噴氨量會導致氨水大大富裕。而且為了達到合格的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，煙氣中的氨與SO3和H2O產生反應。

而反應生成硫酸氫銨（NH4HSO4）硫酸氫銨會與煙氣中的飛灰顆粒相結合，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、空預器堵塞、腐蝕及傳熱效率降低等。硫酸氫銨生成的反應速率主要與溫度、煙氣中NH3、SO3及H2O濃度有關，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的NH3的濃度加以嚴格控制。

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，則會出現液滴腐蝕現象。

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

3.4 噴射器堵塞或霧化不良

在實際運行中，由于管道內雜物及氨水中雜質的影響，不可避免的造成噴槍的堵塞，在脫硝效率達到要求是不容易發現，造成了噴射器堵塞或霧化不良。這樣進一步造成鍋爐受熱面的腐蝕。

3.5 SNCR的優點：

（1）不使用催化劑，運行成本低，有很大的經濟優勢。

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

（3）SNCR建設周期短，基建投資少。

（4）由其反應機理，比較適合于現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燃燒技術的補充處理手段。

（6）SNCR技術是已投入商業運行的比較成熟的煙氣脫硝技術。

（7）現代更有效的霧化控制模式、更精確的NOx測量技術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定的脫硝效率。

4 結語

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窗口，較長的反應時間保證了反應效率，只要得當的操作運行，SNCR裝置可以長周期穩定運行。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］.浙江大學學報：工學版，2004，38（4）：495-500.

［2］李振中.SNCR煙氣脫硝技術在電廠中胡應用，中國電力環保，2006.

［3］路濤，賈雙燕，李曉蕓.關于煙氣脫硝SNCR工藝及其技術經濟分析［J］.現代電力，2004，21（1）：17-22.