研究SNCR脫硝技術(shù)在燃煤鍋爐廢氣處理中的應(yīng)用

王 琦

(長沙華時(shí)捷環(huán)保科技股份有限公司 湖南 長沙 410000)

一、引言

煤炭在我國的能源結(jié)構(gòu)中地位尤為突出，占能源消費(fèi)總量的60%左右，是我國非常重要的原料與能源。由于對(duì)煤炭資源不合理的利用，導(dǎo)致了大量的NOx、SO2以及懸浮顆粒物等污染物的釋放，造成了嚴(yán)重的環(huán)境問題。

氮氧化物(NOx)是一種對(duì)人體和環(huán)境都存在巨大危害的污染物質(zhì)。目前已開發(fā)應(yīng)用的脫硝技術(shù)主要有選擇性催化還原法(SCR)、選擇性非催化還原法、活性炭吸附法、電子束照射法、MEROS煙氣凈化技術(shù)及循環(huán)流化床等。其中，最普遍且成熟的脫硝技術(shù)當(dāng)屬SNCR法和SCR法，常見用于鍋爐、水泥和發(fā)電等行業(yè)。兩種技術(shù)的原理都是采用氨水或尿素作還原劑，將煙氣中的NOx還原為N2從而達(dá)到減排的效果。本文主要針對(duì)SCNR脫硝技術(shù)在燃煤鍋爐廢氣處理中的應(yīng)用展開概述。

二、選擇性非催化還原脫硝技術(shù)(SNCR)

目前SNCR法的研究方向是在還原劑中加入添加劑來降低溫度窗口以及提高脫硝率。相關(guān)研究表明，將水合肼溶液添加到尿素中，可有效提高脫硝率；還有研究表明在還原劑中加入Na、K以及粉煤灰均可提高No的還原性能。另外，SNCR技術(shù)受溫度和氨氮物質(zhì)的量比的影響較大。發(fā)現(xiàn)噴氨的最佳溫度為850～1050℃，最佳N(氨)：N(氮)=1：1.5，該條件下可保持較高的脫硝率和較低的氨逃逸量。由于氨逃逸現(xiàn)象嚴(yán)重，SNCR脫硝工藝的脫硝率并不高，一般為40%～70%，為了解決這一問題，研究者提出了SNCR法與其他脫硝技術(shù)聯(lián)用的思路，這也是目前SNCR法發(fā)展的重要方向。SNCR-SCR聯(lián)合脫硝工藝是目前應(yīng)用較多的一種聯(lián)合脫硝技術(shù)。該工藝是利用SNCR法中逃逸的氨在SCR反應(yīng)器中進(jìn)行選擇性催化還原反應(yīng)，進(jìn)一步脫除NOx，其工藝流程見圖1。

圖1 SNCR-SCR聯(lián)合脫硝工藝流程圖

三、案例概述

(一)工程概況

為打造美麗城市，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，某市政府建設(shè)領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室下發(fā)了相關(guān)文件，要求市內(nèi)某企業(yè)對(duì)現(xiàn)有的15t/h燃煤鍋爐的廢氣處理設(shè)備進(jìn)行提標(biāo)改造。根據(jù)通知要求，該企業(yè)通過SNCR脫硝技術(shù)對(duì)現(xiàn)有燃煤鍋爐廢氣處理設(shè)施進(jìn)行了提標(biāo)改造。

根據(jù)該企業(yè)燃煤鍋爐結(jié)構(gòu)及其處于800～920℃高溫的實(shí)際情況，選擇SNCR法在燃煤鍋爐煙氣脫硝具有可行性。另外從使用安全性、減少NH3逃逸和易操作性等角度考慮，選擇尿素作為脫硝反應(yīng)劑比較合適。

(二)工藝流程

燃煤鍋爐廢氣處理中首先，氨水罐車將20%的氨水溶液輸送到廠區(qū)氨站的氨水溶液儲(chǔ)罐內(nèi)，然后氨水溶液由高流量輸送泵輸送到鍋爐側(cè)，經(jīng)稀釋計(jì)量模塊精確計(jì)量脫硝反應(yīng)所需的氨水溶液量后，用除鹽水將氨水溶液進(jìn)一步稀釋至約10%以內(nèi)，最后輸送到噴槍，通入壓縮空氣將稀釋后的氨水溶液霧化并噴入高溫?zé)煔庵羞M(jìn)行脫硝反應(yīng)。

在脫硝系統(tǒng)調(diào)試和優(yōu)化期間，需要根據(jù)鍋爐的實(shí)際運(yùn)行工況對(duì)每支噴槍的霧化性能和物料參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，以提高SNCR脫硝系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

(三)脫硝系統(tǒng)主要設(shè)備和物料

1.主要設(shè)備和物料

(1)外購氨水按1臺(tái)鍋爐脫硝裝置至少3天用量進(jìn)行還原劑公用區(qū)設(shè)計(jì)，脫硝還原劑使用20%濃度的氨水。(2)氨水溶液儲(chǔ)罐設(shè)置1只304不銹鋼材質(zhì)的氨水溶液儲(chǔ)罐，滿足最少7天的脫硝系統(tǒng)用量要求。儲(chǔ)罐為立式平底結(jié)構(gòu)，裝有液位顯示等儀表設(shè)備。(3)氨水溶液供應(yīng)裝置設(shè)置1套氨水溶液供應(yīng)裝置，包含2臺(tái)高流量的多級(jí)SS變頻離心泵、過濾器、可調(diào)節(jié)的背壓控制閥等設(shè)備及用于遠(yuǎn)程監(jiān)測和控制系統(tǒng)壓力、溫度的儀表。(4)稀釋計(jì)量裝置為SNCR脫硝控制的核心裝置，用于精確計(jì)量和獨(dú)立控制還原劑流量。該裝置模塊采用獨(dú)立的還原劑流量控制方式，通過流量調(diào)節(jié)閥與就地控制器的結(jié)合自動(dòng)調(diào)節(jié)還原劑流量，對(duì)NOx濃度、鍋爐負(fù)荷變化作出響應(yīng)。稀釋計(jì)量裝置包括2臺(tái)變頻稀釋水泵、流量調(diào)節(jié)閥、流量計(jì)、壓力儀表等。(5)分配裝置用于精確分配到每支噴射器的還原劑和壓縮空氣的壓力及流量，包括調(diào)節(jié)閥、壓力儀表和流量儀表等設(shè)備。(6)水沖洗系統(tǒng)脫硝系統(tǒng)管道需設(shè)置水沖洗系統(tǒng)。

2.噴射系統(tǒng)

還原劑噴射系統(tǒng)包括噴射器及套管等部件，采用壓縮空氣將還原劑霧化并噴入高溫?zé)煔庵小?/p>

3.工藝水系統(tǒng)

工藝水系統(tǒng)中的稀釋水、沖洗水、冷卻水采用常溫除鹽水，直接由機(jī)組側(cè)母管提取，品質(zhì)符合除鹽水參數(shù)要求。

4.壓縮空氣系統(tǒng)

壓縮空氣系統(tǒng)由儲(chǔ)氣罐、空氣管道等設(shè)備組成。由建設(shè)方提供雜用和儀用壓縮空氣氣源，品質(zhì)符合壓縮空氣參數(shù)要求。

5.控制系統(tǒng)

(1)根據(jù)脫硝裝置運(yùn)行監(jiān)控要求配置完整的儀表和控制系統(tǒng)。(2)提供與全廠控制系統(tǒng)對(duì)接的軟硬件接口。

(四)結(jié)果

某企業(yè)針對(duì)燃煤鍋爐廢氣處理問題，首次采用SNCR尿素法處理煙氣NOx。經(jīng)生產(chǎn)實(shí)踐檢驗(yàn)，使用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%～15%的尿素水溶液，以80～120L/h的噴淋量霧化噴入鍋爐內(nèi)，制酸尾排煙氣顏色明顯變淡白色甚至無色，制酸生產(chǎn)及濃硫酸產(chǎn)品質(zhì)量趨于穩(wěn)定，同時(shí)經(jīng)第三方定期監(jiān)測煙氣尾排ρ(NOx)均在20mg/m3以下，遠(yuǎn)低于到特別排放限值的100mg/m3。

四、結(jié)束語

隨著2016年《中華人民共和國大氣污染防治法》的頒布，環(huán)保形勢(shì)日趨嚴(yán)峻，環(huán)保治理特別是大氣排放污染物治理已成為關(guān)系企業(yè)生死存亡的焦點(diǎn)問題之一。本文結(jié)合某企業(yè)實(shí)際現(xiàn)狀，探討SNCR脫硝技術(shù)在燃煤鍋爐廢氣中應(yīng)用情況，得知SNCR脫硝技術(shù)可以有效降低鍋爐廢氣中氮氧化物的濃度，具有重大意義。