燃煤鍋爐SNCR脫硝技術(shù)及對策研究

席鵬悅

摘要：隨著國家對環(huán)保的嚴格要求，標準的不斷提高，現(xiàn)有火力發(fā)電鍋爐及燃氣輪機組大多以選擇性非催化還原（ SNCR）脫硝裝置來滿足NOx的排放要求。為充分了解現(xiàn)階段燃煤鍋爐SNCR脫硝技術(shù)應用情況，本論文對SNCR脫硝技術(shù)進行了研究并提出改進對策建議，滿足環(huán)保新要求，實現(xiàn)氮氧化物超低排放。

關鍵詞：脫硝技術(shù);現(xiàn)狀;對策建議;超低排放

山西是煤資源大省，因燃煤產(chǎn)生的S02、NOx等污染物是造成空氣環(huán)境中酸雨和光化學煙霧的主要原因，同時也給自然環(huán)境和人類健康造成嚴重危害。本論文主要研究SNCR技術(shù)NOx污染物脫硝情況。GB13223-2011《火電廠大氣污染物排放標準》規(guī)定了現(xiàn)有火力發(fā)電鍋爐及燃氣輪機組NOx排放濃度限值為lOOmg/m3的[1]。2015年12月，環(huán)保部發(fā)布了“全面實施燃煤電廠超低排放和節(jié)能改造工作方案”均要求和鼓勵實現(xiàn)超低排放（即在基準氧含量6%條件下，氮氧化物排放濃度小于50mg/m3，）改造[2]。因此，火電廠燃煤煙氣脫硝改造工作勢在必行。

1SNCR脫硝技術(shù)及工藝組成

1.1 SNCR脫硝技術(shù)原理

SNCR是將還原劑（氨水或尿素溶液）噴入爐膛中特定的高溫區(qū)域（ 850～1100℃），利用還原劑氨與煙氣混合，將煙氣中的NOx還原為無害的N2和H2O的一種脫硝技術(shù)[3]。

氨（NH3）作為還原劑反應過程化學反應式：

4N0+4NH3+02—4N2+6H20（主要反應）

2N02+4NH3+02—3N2+6H20

6N0+4NH3→5N2+6H20

6N02+8NH3+02→7N2+12H20

尿素（CO （NH2）2）作為還原劑反應過程化學反應式：

4N0+2CO （NH2） 2+02→4N2+2C02+4H20

CO （NH2） 2+H02→2NH3+C02

2N02+4NH3+02→3N2+6H20

1.2 SNCR脫硝工藝及組成

還原劑氨水由專用槽車運輸進廠通過密封鶴管卸至氨水儲罐內(nèi)備用;還原劑尿素由汽車運輸，人工拆袋投入卸料斗，進入注水溶解系統(tǒng)進行溶解，配成一定濃度的尿素溶液儲存?zhèn)溆谩NCR脫硝系統(tǒng)組成：儲存及制備系統(tǒng)（氨水或尿素溶液貯槽、輸送泵、管道等）;在線稀釋系統(tǒng)（泵、管道、混合器）;還原劑噴射系統(tǒng)（分配、霧化、計量）和控制儀表等主要裝置所構(gòu)成。

2 SNCR脫硝技術(shù)反應特征參數(shù)

SNCR脫硝過程中煙氣反應溫度、氨氮比、混合程度及停留時間是影響脫硝效率的主要反應特征參數(shù)。

2.2.1煙氣反應溫度：最佳反應窗口溫度為850～1100℃。當煙氣溫度高于1100℃，NH3會被氧化為NO，可能會造成“氨逃逸”的增加并產(chǎn)生新的污染。

2.2.2混合程度及停留時間：煙氣均勻混合，反應停留時間長達1S，可取得較好效果。噴嘴可控制還原劑液滴的粒徑與分布、大液滴揮發(fā)、蒸發(fā)時間長且能滲透到更遠的煙氣，提高效率;反之煙氣混合不均勻、停留接觸時間短，脫除效率低下。

2.2.3氨氮比：最佳的氨氮摩爾比控制范圍是NSR=1-2。當氨氮比從1.O提高到2.O的過程中，造成二次污染。

3 SNCR脫硝技術(shù)應用現(xiàn)狀

SNCR脫硝裝置以鍋爐爐膛或旋風分離器煙氣入口為主要反應器，投資費用較低。以大多數(shù)現(xiàn)有火力發(fā)電鍋爐及燃氣輪機組煙氣脫硝選擇性非催化還原脫硝（SNCR）為例，在實際工作應用中存在以下問題：①考慮到NH3損耗、泄漏等問題，設計效率為30-50%;②煙氣反應過程溫度低于850℃造成氨與NOx反應不完全;③噴頭布置方式及還原劑液滴動量大小導致煙氣混合不均勻;④工藝中氨的利用率不高，氨液的過量消耗會帶來“氨穿透”，造成氨逃逸率高，一方面引起“二次污染”，另一方面當燃燒含硫量較高的燃料時，過量氨溢出會與硫反應生成（NH4）2S02，導致SNCR應用脫硝效率低下。由于SNCR脫硝技術(shù)的局限性無法滿足環(huán)保新要求，必須與其他技術(shù)相結(jié)合才能實現(xiàn)超低排放50mg/m3以下，經(jīng)綜合分析，SNCR技術(shù)缺點大于優(yōu)點，需對現(xiàn)有SNCR脫硝裝置進行技術(shù)改造。

4對策與建議

針對SNCR-SCR工藝可在原有SNCR裝置的基礎上對后端鍋爐省煤器與空氣預熱器之間的煙道進行SCR脫硝裝置改造，實現(xiàn)SNCRSCR聯(lián)合工藝。在進行后端SCR脫硝時，循環(huán)泵將還原劑溶液從儲罐中抽出，氨水經(jīng)蒸發(fā)器形成氨霧由噴氨格柵噴入;尿素溶液需經(jīng)布置在鍋爐噴射點附近的絕熱分解室熱解成氨，由SCR噴槍霧化后，以霧狀噴入垂直段的水平煙道中，前端煙氣中未脫除的NOx與逸出的氨在與后端SCR系統(tǒng)進行催化還原反應，生成氮氣和水，從而達到脫硝目的。

選擇性非催化還原（SNCR）系統(tǒng)運行穩(wěn)定、成本低且脫硝效率較低，需配合其他脫硝技術(shù)共同使用方可實現(xiàn)超低排放。本論文將SNCR、SCR脫硝技術(shù)有效聯(lián)合，不僅發(fā)揮了SNCR、SCR各自的技術(shù)優(yōu)勢，而且工藝成本也在兩者之間，大大降低了單獨使用SCR脫硝成本，適合舊機組改造及分階段項目。現(xiàn)有火力發(fā)電廠SNCR-SCR聯(lián)合工藝技術(shù)改造不光提高了脫硝效率實現(xiàn)超低排放而且還降低了企業(yè)運行成本。SNCR-SCR聯(lián)合脫硝裝置在成本、技術(shù)、效率上有積極的意義，同時也是將來脫硝技術(shù)發(fā)展的一個重要方向。

參考文獻

[1]中華人民共和國環(huán)境保護部.火電廠大氣污染物排放標準：GB13223 - 2011[S].

[2]中華人民共和國環(huán)境保護部。全面實施燃煤電廠超低排放和節(jié)能改造工作方案[R].2015 4 11

[3]趙凱1，康利生2，管輝堯1，李詩媛3，4循環(huán)流化床鍋爐SNCR脫硝技術(shù)研究現(xiàn)狀[J]《節(jié)能技術(shù)>第35卷，總第206期2017年11月.