SNCR脫硝技術(shù)應(yīng)用的要點(diǎn)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(yán)峻的大氣形勢，迫使燃煤電廠必須進(jìn)行工藝升級(jí)。石家莊市某電廠循環(huán)流化床鍋爐脫硝工藝采用SNCR技術(shù)。本文針對(duì)SNCR技術(shù)在實(shí)際中的應(yīng)用要點(diǎn)、暴露的問題及進(jìn)一步優(yōu)化做出了初步探索，對(duì)其他類似燃煤電廠的脫硝工藝升級(jí)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(guān)鍵詞：燃煤電廠;脫硝;循環(huán)流化床鍋爐;SNCR技術(shù)

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

中圖分類號(hào)：TM62 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1006-4311（2019）27-0191-03

0 ?引言

石家莊市區(qū)東南部某燃煤電廠承擔(dān)著為轄區(qū)內(nèi)企業(yè)提供高壓蒸汽和電力的責(zé)任，該電廠現(xiàn)階段主要使用2臺(tái)75t/h循環(huán)流化床鍋爐（CFB）配套兩套10MW發(fā)電機(jī)組來進(jìn)行生產(chǎn)。截止到2013年底廠內(nèi)廢氣處理設(shè)施主要有：2臺(tái)高效靜電除塵器和2套爐內(nèi)噴鈣脫硫設(shè)施，主要應(yīng)用于煙氣的除塵和脫硫，并無配套的脫硝設(shè)施。隨著國家《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB13223-2011）》的發(fā)布，該廠煙氣中氮氧化物的排放不能滿足標(biāo)準(zhǔn)中煙氣中NOX排放濃度限值為200mg/m3的要求，需要對(duì)原有工藝進(jìn)行升級(jí)改造，使氮氧化物排放能夠達(dá)標(biāo)。

通過對(duì)現(xiàn)有循環(huán)流化床鍋爐增設(shè)SNCR脫硝系統(tǒng)，該電廠隨后的氮氧化物排放數(shù)據(jù)能夠滿足國家標(biāo)準(zhǔn)要求。本文主要通過對(duì)SNCR脫硝技術(shù)在該電廠循環(huán)流化床鍋爐上的應(yīng)用進(jìn)行研究，同時(shí)對(duì)脫硝工藝的進(jìn)一步優(yōu)化提出合理性建議。

1 ?循環(huán)流化床鍋爐簡介

循環(huán)流化床鍋爐（CFB）[1]在世界上的應(yīng)用始于20世紀(jì)80年代初，是近幾十年發(fā)展起來的一種新型潔凈、節(jié)能、低排放的煤及生物質(zhì)燃燒技術(shù)。

循環(huán)流化床作為低溫分段燃燒的鍋爐，在爐內(nèi)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(yōu)點(diǎn)。在相同煙氣量情況下，循環(huán)流化床鍋爐NOX實(shí)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(tái)循環(huán)流化床鍋爐，一臺(tái)為YG-75/3.82-M1型，安裝于2000年;另一臺(tái)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?；剂系娜紵?、高溫下空氣中的N2氧化都可以產(chǎn)生氮氧化物。

氮氧化物根據(jù)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(jīng)過氧化生成NOX，稱為熱力型NOX（或稱溫度型NOX）。當(dāng)溫度小于1300℃時(shí)幾乎沒有熱力型NOX的生成，只有當(dāng)溫度超過1300 ℃時(shí)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?xì)湓訄F(tuán)如CH和HCN的反應(yīng)產(chǎn)生的?？焖傩蚇OX產(chǎn)生的量比起通過其他機(jī)理產(chǎn)生的NOX一般情況下要小得多。

燃料型NOX是煤燃燒時(shí)產(chǎn)生的NOX的主要來源。煤燃燒時(shí)約75%至90%的NOX是燃料型NOX。因此控制鍋爐中的NOX主要針對(duì)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(shù)即選擇性非催化還原技術(shù)，是一種不用催化劑，在850-1100℃的溫度范圍內(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)。這項(xiàng)技術(shù)比較成熟，1974年在日本首次投入商業(yè)應(yīng)用。

SNCR 技術(shù)脫硝原理[4]為：

在850-1100℃范圍內(nèi)，NH3或尿素還原NOX的主要反應(yīng)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(shí)際應(yīng)用中，SNCR脫硝系統(tǒng)一般由包含：卸氨系統(tǒng)、罐區(qū)、加壓泵及其控制系統(tǒng)、混合系統(tǒng)、分配與調(diào)節(jié)系統(tǒng)、噴霧系統(tǒng)等。

SNCR的脫硝過程主要有以下四個(gè)步驟：接收和儲(chǔ)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(jì)量輸出、與水混合稀釋;還原劑與煙氣混合進(jìn)行脫硝反應(yīng)。

3.2 SNCR脫硝工藝特點(diǎn)

與其他成熟的脫硝技術(shù)相比，SNCR技術(shù)具有以下技術(shù)特點(diǎn)：①循環(huán)流化床鍋爐的爐膛溫度范圍正好處于SNCR脫硝技術(shù)的合理反應(yīng)溫度范圍內(nèi)。②運(yùn)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?。ú恍枰~外反應(yīng)器，反應(yīng)在爐內(nèi)進(jìn)行）。④在脫硝過程中不使用催化劑，因此不會(huì)造成空預(yù)器堵塞和壓力損失等其它煙氣脫硝技術(shù)引起的弊端。⑤SNCR適合老電廠的改造并且建設(shè)周期短，投入使用的實(shí)效性比較強(qiáng)。由于該電廠建廠時(shí)間較早，煙氣環(huán)保設(shè)施初建時(shí)只考慮了除塵和脫硫，并沒有考慮脫硝設(shè)施的空間預(yù)留。因此綜合以上因素及企業(yè)自身實(shí)際該電廠脫硝改造升級(jí)項(xiàng)目最終選用了SNCR脫硝技術(shù)。

4 ?SNCR脫硝技術(shù)實(shí)際運(yùn)行的效果

該電廠廢氣處理工藝升級(jí)完畢后，于2015年一季度投入運(yùn)行。按照2011年國家制定的火電廠大氣污染物新的排放標(biāo)準(zhǔn)，該電廠采用SNCR法脫硝后，全年四個(gè)季度氮氧化物的排放均實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)。在實(shí)際運(yùn)行中，廢氣經(jīng)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(yùn)行當(dāng)年（2015年）與上年（2014年）NOX排放濃度對(duì)比及較上年同期各季度NOX削減率匯總。

5 ?SNCR技術(shù)實(shí)際應(yīng)用中的幾個(gè)要點(diǎn)及優(yōu)化

SNCR技術(shù)雖然原理比較簡單，但是在實(shí)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(diǎn)、噴入方式和噴入量。

5.1 還原劑噴入點(diǎn)的優(yōu)化

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

5.2 還原劑噴入方式的優(yōu)化

本次鍋爐配套選用的為外旋切向的旋風(fēng)分離器。袁淑霞[6]等提出對(duì)于配置外旋切向旋風(fēng)分離器的鍋爐，采取外側(cè)進(jìn)行還原劑的噴射方式，還原劑在廢氣中停留時(shí)間比內(nèi)側(cè)噴射明顯更長。圖2可見，溫度一定時(shí)，停留時(shí)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(shù)的反應(yīng)原理，還原劑（實(shí)際使用氨水）與NOX摩爾比為1最合適。White Paper[7]等對(duì) NOX還原率和NH3/NOX 摩爾比關(guān)系進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，NH3/NOX摩爾比在1.0-2.0之間，最大不超過2.5時(shí)，NOX還原率較高。研究結(jié)果如圖3所示。

在實(shí)際操作中，噴槍噴射與監(jiān)控平臺(tái)連用，針對(duì)鼓入廢氣的動(dòng)態(tài)量實(shí)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(yīng)用中出現(xiàn)的問題及進(jìn)一步優(yōu)化的探索

從SNCR投入使用以來，該技術(shù)雖然具備升級(jí)改造簡單、成本低等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也存在著相較于SCR技術(shù)脫硝效率偏低。除此之外，還存在著還原劑過量，產(chǎn)生氨逃逸，造成二次污染等問題。

針對(duì)石家莊市大氣污染防治的嚴(yán)峻形勢，對(duì)NOX排放的加嚴(yán)要求必須對(duì)SNCR進(jìn)行進(jìn)一步升級(jí)和優(yōu)化。SNCR與其他脫硝技術(shù)是技術(shù)發(fā)展的新趨勢。

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

②SNCR和低NOX燃燒技術(shù)的聯(lián)用。循環(huán)硫化床鍋爐本身具有低氮燃燒的特性[9]。對(duì)鍋爐采取階段燃燒、自身再循環(huán)燃燒、增設(shè)預(yù)燃室等手段降低鍋爐NOX的產(chǎn)生，再結(jié)合SNCR脫硝，也可顯著提升脫硝效率

參考文獻(xiàn)：

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

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

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

[4]馬瑞，徐有寧.SNCR法脫硝在循環(huán)流化床鍋爐中的應(yīng)用[J].沈陽工程學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2013，9（01）：47-49.

[5]路濤，賈雙燕，李曉蕓.關(guān)于煙氣脫硝的SNCR工藝及其技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析[J].現(xiàn)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(duì)脫硝效率的影響[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào)，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(shù)常見問題及對(duì)策[J].潔凈煤技術(shù)，2016，22（01）：86-89，104.