25t/h燃?xì)忮仩t脫硝系統(tǒng)可行性分析①

劉君萍 閆馳承 何江華 呂潁楠 李曉燕 趙海鵬 李婉茹

(1.河南漯河生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心 河南漯河 462000；2.漯河詠藍(lán)環(huán)境科技有限公司 河南漯河 462000； 3.漯河興茂鈦業(yè)股份有限公司 河南漯河 462000；4.漯河興茂鈦業(yè)股份有限公司 河南漯河 462000)

1 鍋爐廢氣污染源

漯河某公司現(xiàn)有一臺(tái)25t/h燃?xì)忮仩t作為供熱熱源，鍋爐正常煙氣量(工況)為7910m3/h，鍋爐出口煙氣排放溫度140℃，實(shí)測(cè)煙氣中氮氧化物的濃度為183mg/Nm3，產(chǎn)生量0.910kg/h。

2 鍋爐煙氣脫硝措施

為減少污染源氮氧化物排放量，根據(jù)《河南省2020年大氣污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)實(shí)施方案》文件要求[1]，全省4蒸噸及以上燃?xì)忮仩t需要完成低氮改造，且改造后氮氧化物的排放濃度不得高于50mg/m3。目前本公司25t/h燃?xì)忮仩t實(shí)際產(chǎn)生濃度不滿足最新標(biāo)準(zhǔn)要求，需按要求采取脫硝措施，減少氮氧化物排放濃度和排放量，根據(jù)實(shí)際情況，為提高脫硝效率，且最大程度地減少鍋爐煙氣排放對(duì)環(huán)境空氣的影響，設(shè)計(jì)采用SNCR選擇性非催化還原法脫硝方式脫硝。

3 SNCR脫硝系統(tǒng)可行性分析

3.1 SNCR脫硝工藝反應(yīng)原理

SNCR脫硝技術(shù)即選擇性非催化還原技術(shù)，是一種不用催化劑，在爐膛溫度850℃～1100℃這一狹窄的區(qū)間內(nèi),將含氨基的還原劑(如氨水，尿素溶液等)噴入爐內(nèi)，將煙氣中的NOx還原脫除，生成氮?dú)夂退那鍧嵜撓跫夹g(shù)[2]。SNCR煙氣脫硝技術(shù)的脫硝效率一般為30%～60%。在溫度850～1100℃區(qū)間內(nèi)，NH3或尿素還原NOX的主要反應(yīng)為：

（1）NH3為還原劑：4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O 4NH3+2NO2+02→-3N2+H20

（2）尿素為還原劑：CO(NH2)2+H2O→2NH3+CO2

生成的NH3再與NOX發(fā)生還原反應(yīng)生產(chǎn)N2和H2O，因此噴尿素脫除NOX的總反應(yīng)可寫(xiě)為：

4NO+2CO(NH2)2+O2→4N2+2CO2+4H2O

6CO(NH2)2+8NO2+02→10N2+60C02+12H20

當(dāng)溫度升高高于1100℃時(shí), NH3則會(huì)與O2結(jié)合被氧化為NO和H2O：4NH3+5→4NO+6H2O

因此，SNCR反應(yīng)最佳溫度區(qū)間為850～1100℃。當(dāng)反應(yīng)溫度高于1100℃時(shí)，氨會(huì)與氧氣反生反應(yīng)，氧化成NO，造成氮氧化物排放濃度增加，同樣，如果反應(yīng)溫度過(guò)低時(shí)，還原反應(yīng)會(huì)較慢進(jìn)行，氨的逃逸顯著增加，從而造成新的環(huán)境污染。

3.2 SNCR脫硝工藝

3.2.1 還原劑的選擇

在SNCR脫硝工藝中，常用的還原劑有尿素和氨水。采用尿素作為還原劑價(jià)廉易得，便于儲(chǔ)存，無(wú)任何風(fēng)險(xiǎn)；采用氨水作為還原劑，由于氨水是國(guó)家規(guī)定的二級(jí)危險(xiǎn)品，對(duì)于氨水的儲(chǔ)存和運(yùn)輸有著較嚴(yán)格的要求，所以本公司鍋爐脫硝工藝采用尿素作為還原劑。

3.2.2 脫硝工藝

SNCR系統(tǒng)煙氣脫硝過(guò)程通過(guò)四個(gè)基本過(guò)程完成：固態(tài)還原劑溶解和儲(chǔ)存還原劑；還原劑的計(jì)量輸出、與水混合稀釋?zhuān)辉阱仩t合適位置注入稀釋后的還原劑；還原劑與煙氣混合進(jìn)行脫硝反應(yīng)。因此，煙氣脫硝工藝系統(tǒng)主要由尿素溶解與儲(chǔ)存系統(tǒng)、在線稀釋系統(tǒng)、噴射系統(tǒng)等組成。工藝流程示意圖見(jiàn)圖1。

3.2.3 工藝流程簡(jiǎn)介（1）尿素溶解與儲(chǔ)存。

外購(gòu)固態(tài)尿素合理加入到尿素溶解罐中，在罐中通過(guò)將尿素溶解為濃度為40%的溶液，再由泵輸送至儲(chǔ)罐內(nèi)存儲(chǔ)。

（2）稀釋與分配。

尿素儲(chǔ)罐中的尿素溶液由輸送泵輸送到靜態(tài)混合器，與稀釋水泵送來(lái)的除鹽水混合均勻，尿素溶液被稀釋至10%～20%濃度后送去噴槍噴霧。

（3）還原劑噴射。

稀釋后的尿素溶液，通過(guò)管道輸送到鍋爐爐前尿素溶液噴射區(qū)，通過(guò)分配單元分配后，再輸送到安裝在旋風(fēng)分離器進(jìn)口上的噴槍?zhuān)⑴c壓縮空氣在一起混合，將尿素溶液進(jìn)行霧化后噴入爐膛內(nèi)參與脫硝反應(yīng)。

圖1 煙氣脫硝工藝（尿素）流程示意圖

3.2.4 尿素的噴射及氨逃逸的控制

對(duì)尿素噴入量的調(diào)節(jié)最重要的是要保證NOx的脫除效率，在此基礎(chǔ)上盡可能低的氨逸出量。目前國(guó)際上對(duì)SNCR系統(tǒng)一般采用的氨逃逸量的最高排放限值為5mg/m3[3]。

通過(guò)研究目前發(fā)現(xiàn)SNCR系統(tǒng)引起氨逃逸主要有2種原因,第一個(gè)原因是由于噴入點(diǎn)煙氣溫度低，從而影響了氨與NOx的反應(yīng);另一種原因可能是噴入的還原劑過(guò)量或還原劑分布不均勻。所以，還原劑噴入系統(tǒng)必須設(shè)計(jì)的高效，把還原劑噴入到爐內(nèi)最有效的部位,同時(shí)由于爐膛對(duì)流斷面上的NOx分布經(jīng)常變化，假如不能均勻噴入或者噴入控制點(diǎn)太少,則會(huì)造成較高的氨逃逸量。如何使噴入的氨或尿素與煙氣良好地混合對(duì)降低氨逸出量至關(guān)重要。

因此，在噴槍和混合器及混合器與輸送泵之間設(shè)有電動(dòng)調(diào)節(jié)閥及流量計(jì)，根據(jù)CEMS（煙氣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)）反饋的NOx和NH3的含量，調(diào)節(jié)電動(dòng)閥開(kāi)度，以控制噴液量。在輸送泵和調(diào)節(jié)閥之間設(shè)有回流管，回流管上設(shè)自力式調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)的目的是調(diào)節(jié)噴槍進(jìn)口前的壓力為需要的壓力，以此調(diào)節(jié)進(jìn)入噴槍的溶液壓力，從而獲得需要加入的尿素溶液流量。

3.2.5 SNCR脫硝系統(tǒng)可行性

本公司鍋爐煙氣采用SNCR脫硝技術(shù)。鍋爐內(nèi)采用SNCR法(尿素為脫硝劑)脫硝，屬低氮燃燒，爐膛溫度在850℃～1000℃的溫度范圍內(nèi)，把還原劑(尿素溶液)噴入爐內(nèi)，在上述各項(xiàng)工藝措施落實(shí)到位的情況下，脫硝效率可達(dá)75%[4]。

本公司鍋爐爐內(nèi)煙氣氮氧化物產(chǎn)生濃度為183mg/m3，按75%脫硝效率測(cè)算SNCR脫硝后煙氣NOx濃度為45.8mg/m3，滿足《河南省2020年大氣污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)實(shí)施方案》要求，同時(shí)排放量減小為0.228kg/h，大幅消減了氮氧化物排放總量，減少了環(huán)境污染。因此本公司鍋爐采用SNCR脫硝方案可行。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，該公司鍋爐煙氣采用 SNCR脫硝裝置投運(yùn)后，脫硝效率可達(dá)75%以上，氮氧化物排放濃度及排放量大幅降低，減少了鍋爐煙氣排放對(duì)周邊環(huán)境空氣的影響。符合國(guó)家大氣污染防治措施的要求，燃?xì)忮仩t采用SNCR脫硝是可行的，以期為SNCR煙氣脫硝技術(shù)的優(yōu)化運(yùn)行提供有益參考。