SNCR脫硝技術應用的要點及探索

王爍

摘要：石家莊市燃煤電廠中存在建廠較早、脫硝工藝落后或基本沒有的局面。近些年來由于嚴峻的大氣形勢，迫使燃煤電廠必須進行工藝升級。石家莊市某電廠循環流化床鍋爐脫硝工藝采用SNCR技術。本文針對SNCR技術在實際中的應用要點、暴露的問題及進一步優化做出了初步探索，對其他類似燃煤電廠的脫硝工藝升級具有重要意義。

Abstract： In Shijiazhuang coal-fired power plant， there is a situation where the construction of the plant was earlier， the denitrification process was backward， or there was basically no situation. In recent years， due to the severe atmospheric situation， coal-fired power plants have to be upgraded. The denitrification process of a circulating fluidized bed boiler in a power plant in Shijiazhuang adopts SNCR technology. In this paper， the main points of application of SNCR technology in practice， the problems of exposure and further optimization are discussed， which is of great significance for upgrading the denitrification process of other similar coal-fired power plants.

關鍵詞：燃煤電廠;脫硝;循環流化床鍋爐;SNCR技術

Key words： coal fired power plants;denitrification;CFB boiler;SNCR technology

中圖分類號：TM62 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）27-0191-03

0 ?引言

石家莊市區東南部某燃煤電廠承擔著為轄區內企業提供高壓蒸汽和電力的責任，該電廠現階段主要使用2臺75t/h循環流化床鍋爐（CFB）配套兩套10MW發電機組來進行生產。截止到2013年底廠內廢氣處理設施主要有：2臺高效靜電除塵器和2套爐內噴鈣脫硫設施，主要應用于煙氣的除塵和脫硫，并無配套的脫硝設施。隨著國家《火電廠大氣污染物排放標準（GB13223-2011）》的發布，該廠煙氣中氮氧化物的排放不能滿足標準中煙氣中NOX排放濃度限值為200mg/m3的要求，需要對原有工藝進行升級改造，使氮氧化物排放能夠達標。

通過對現有循環流化床鍋爐增設SNCR脫硝系統，該電廠隨后的氮氧化物排放數據能夠滿足國家標準要求。本文主要通過對SNCR脫硝技術在該電廠循環流化床鍋爐上的應用進行研究，同時對脫硝工藝的進一步優化提出合理性建議。

1 ?循環流化床鍋爐簡介

循環流化床鍋爐（CFB）[1]在世界上的應用始于20世紀80年代初，是近幾十年發展起來的一種新型潔凈、節能、低排放的煤及生物質燃燒技術。

循環流化床作為低溫分段燃燒的鍋爐，在爐內脫硫和抑制NOX 生成方面與鏈條爐、煤粉爐等相比有著明顯的優點。在相同煙氣量情況下，循環流化床鍋爐NOX實際排放量約為煤粉爐的1/2左右[2]。

本文中的電廠使用兩臺循環流化床鍋爐，一臺為YG-75/3.82-M1型，安裝于2000年;另一臺為BT-75/3.82-M型，安裝于2005年。

2 ?NOX的生成及影響其生成和排放的因素

氮氧化物是指一氧化氮、二氧化氮、以及少量的氧化二氮。化石燃料的燃燒、高溫下空氣中的N2氧化都可以產生氮氧化物。

氮氧化物根據形成路徑的不同可以分為三類：熱力型、快速型及燃料氮[3]。

燃燒空氣中的N2在高溫下經過氧化生成NOX，稱為熱力型NOX（或稱溫度型NOX）。當溫度小于1300℃時幾乎沒有熱力型NOX的生成，只有當溫度超過1300 ℃時熱力型NOX濃度才開始急速增大。

快速型NOX是通過空氣中的氮和碳氫原子團如CH和HCN的反應產生的。快速型NOX產生的量比起通過其他機理產生的NOX一般情況下要小得多。

燃料型NOX是煤燃燒時產生的NOX的主要來源。煤燃燒時約75%至90%的NOX是燃料型NOX。因此控制鍋爐中的NOX主要針對的是燃料型NOX的生成和排放。

3 ?SNCR脫硝工藝

3.1 SNCR脫硝工藝原理

SNCR脫硝技術即選擇性非催化還原技術，是一種不用催化劑，在850-1100℃的溫度范圍內，將含氨基的還原劑（如氨水，尿素溶液等）噴入爐內，將煙氣中的NOx還原脫除，生成氮氣和水的清潔脫硝技術。這項技術比較成熟，1974年在日本首次投入商業應用。

SNCR 技術脫硝原理[4]為：

在850-1100℃范圍內，NH3或尿素還原NOX的主要反應為：

NH3為還原劑：

4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O

尿素為還原劑：

NO+CO（NH2）2+1/2O2→2N2+CO2+H2O

在實際應用中，SNCR脫硝系統一般由包含：卸氨系統、罐區、加壓泵及其控制系統、混合系統、分配與調節系統、噴霧系統等。

SNCR的脫硝過程主要有以下四個步驟：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。

3.2 SNCR脫硝工藝特點

與其他成熟的脫硝技術相比，SNCR技術具有以下技術特點：①循環流化床鍋爐的爐膛溫度范圍正好處于SNCR脫硝技術的合理反應溫度范圍內。②運行成本低（不需要更換催化劑，也不需要熱解或水解尿素）。③占地面積小（不需要額外反應器，反應在爐內進行）。④在脫硝過程中不使用催化劑，因此不會造成空預器堵塞和壓力損失等其它煙氣脫硝技術引起的弊端。⑤SNCR適合老電廠的改造并且建設周期短，投入使用的實效性比較強。由于該電廠建廠時間較早，煙氣環保設施初建時只考慮了除塵和脫硫，并沒有考慮脫硝設施的空間預留。因此綜合以上因素及企業自身實際該電廠脫硝改造升級項目最終選用了SNCR脫硝技術。

4 ?SNCR脫硝技術實際運行的效果

該電廠廢氣處理工藝升級完畢后，于2015年一季度投入運行。按照2011年國家制定的火電廠大氣污染物新的排放標準，該電廠采用SNCR法脫硝后，全年四個季度氮氧化物的排放均實現達標。在實際運行中，廢氣經過SNCR法脫硝后，所排放氮氧化物濃度大致在120-170mg/m3之間，脫硝效率大致在30-45%之間。表1為工藝運行當年（2015年）與上年（2014年）NOX排放濃度對比及較上年同期各季度NOX削減率匯總。

5 ?SNCR技術實際應用中的幾個要點及優化

SNCR技術雖然原理比較簡單，但是在實際中有諸多因素能夠影響NOX的還原率。其中主要包含還原劑噴入點、噴入方式和噴入量。

5.1 還原劑噴入點的優化

路濤[5]等經過研究，在停留時間一致的條件下，采用 SNCR技術NOX的還原率最大的溫度范圍為870-1000℃。為了保證反應溫度，如圖1所示，還原劑噴入點選擇在爐膛中、上部的高溫區域。

5.2 還原劑噴入方式的優化

本次鍋爐配套選用的為外旋切向的旋風分離器。袁淑霞[6]等提出對于配置外旋切向旋風分離器的鍋爐，采取外側進行還原劑的噴射方式，還原劑在廢氣中停留時間比內側噴射明顯更長。圖2可見，溫度一定時，停留時間越長，NOX的還原率就越高。

5.3 還原劑的噴入量

按照SNCR技術的反應原理，還原劑（實際使用氨水）與NOX摩爾比為1最合適。White Paper[7]等對 NOX還原率和NH3/NOX 摩爾比關系進行研究發現，NH3/NOX摩爾比在1.0-2.0之間，最大不超過2.5時，NOX還原率較高。研究結果如圖3所示。

在實際操作中，噴槍噴射與監控平臺連用，針對鼓入廢氣的動態量實施脈沖噴射，使氨水的噴入量與廢氣中NOX的量比基本維持在1.0-2.0間。

6 ?SNCR應用中出現的問題及進一步優化的探索

從SNCR投入使用以來，該技術雖然具備升級改造簡單、成本低等優點，但同時也存在著相較于SCR技術脫硝效率偏低。除此之外，還存在著還原劑過量，產生氨逃逸，造成二次污染等問題。

針對石家莊市大氣污染防治的嚴峻形勢，對NOX排放的加嚴要求必須對SNCR進行進一步升級和優化。SNCR與其他脫硝技術是技術發展的新趨勢。

①SNCR 和SCR的聯用。Hamid Farzan[8]等在美國南加州使用該技術，燃煤鍋爐的NOX脫除率可達到 70-92%，在新澤西州液態排渣燃煤鍋爐可達到 90%，氨逃逸在 2×10-6 以下，有效解決了氨逃逸導致的二次污染。

②SNCR和低NOX燃燒技術的聯用。循環硫化床鍋爐本身具有低氮燃燒的特性[9]。對鍋爐采取階段燃燒、自身再循環燃燒、增設預燃室等手段降低鍋爐NOX的產生，再結合SNCR脫硝，也可顯著提升脫硝效率

參考文獻：

[1]殷立寶，張月，李加護.循環流化床鍋爐氮氧化物生成與控制分析[J].電力情報，2001（03）：1-4.

[2]孟志浩，俞保云.燃煤鍋爐煙氣量及NOX排放量計算方法的探討[J].環境污染與防治，2009，31（11）：107-109.

[3]姜鵬志.循環流化床鍋爐低NOx排放特性及利用SNCR脫氮技術[J].電力技術，2010，19（06）：6-10.

[4]馬瑞，徐有寧.SNCR法脫硝在循環流化床鍋爐中的應用[J].沈陽工程學院學報（自然科學版），2013，9（01）：47-49.

[5]路濤，賈雙燕，李曉蕓.關于煙氣脫硝的SNCR工藝及其技術經濟分析[J].現代電力，2004（01）：17-22.

[6]袁淑霞，樊玉光，胡宇波.SNCR的噴霧與混合過程及其對脫硝效率的影響[J].環境工程學報，2016，10（04）：1945-1950.

[7]White Paper-Selective Non-catalytic Reduction （SNCR）for Controlling NOx Emissions Prepared by：SNCR Committee In-stitute of Clean Air Companies， Inc.MAY 2000.

[8]Cost-Effective Control of NOx with Integrate Ultra Low-NOx Burners and SNCR， Hamid Farzan， Technical Progress Re-port For the Period April 1， 2001 through June 30， 2001.

[9]趙鵬勃，孫濤，高洪培，余武高，安城，劉冬，惠小龍.CFB鍋爐SNCR脫硝技術常見問題及對策[J].潔凈煤技術，2016，22（01）：86-89，104.