SNCR在循环流化床DENOX技术探讨与应用

王文杰

摘 要：通过介绍循环流化床锅炉采用喷氨水SNCR技术脱硝系统的设计要点，细致分析了影响SNCR系统脱硝效率的因素，比如停留时间对NOx排放量的影响，反应温度范围、过剩空气系数、反应温度对氨逃逸量的影响等。这可帮助循环流化床锅炉控制以上影响因素，从而保证SNCR系统的烟气脱硝效率达到或超过50%以上。循环流化床锅炉自身具备的低氮燃烧特性，配以SNCR技术脱硝，可以将锅炉NOx排放浓度控制在100 ppm以下。

关键词：NOx；循环流化床锅炉；SNCR；脱硝技术

中图分类号：TK299.6 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）19-0001-03

根据环保部2011年发布的《火电厂大气污染物排放标准》（GB 13223—2011）标准要求，现有锅炉自2014-07-01起开始执行新环保标准要求。其中，NOx的排放限值为100 mg/Nm3。为了满足环保要求，脱硝系统建设势在必行。

循环流化床作为新一代高效、低污染燃煤锅炉在区域供热电厂中被广泛应用。通过近年来的技术攻关，循环流化床锅炉的烟尘、二氧化硫、通过电袋除尘、炉内喷钙和湿法脱硫装置等均能达标排放。而氮氧化物的排放达标成了重点关注的问题，因此，绝大多数热电厂都需要安装脱硝装置。NOx的控制方法从锅炉燃料生命周期的后两个阶段入手，即在燃烧中和燃烧后采取NOX控制。选择性非催化还原SNCR脱硝技术作为循环流化床锅炉主流技术已被广泛使用。

1 CFB锅炉的NOx排放

油和煤等传统燃料中含有氮化合物。在燃烧过程中，一部分氮化合物中的氮被氧化，进而生成燃料型NOx；在高温条件下（1 100 ℃），空气中一部分的氮被氧化成热力型NOx。然而，由于CFB锅炉具有低温燃烧特性，在CFB锅炉中产生的热力型NOx非常少，在CFB锅炉下炉膛中尚未燃烧的碳和CO会将NOx还原为氮气。为了满足更加严格的NOx排放标准，可以在CFB锅炉中喷入NOx还原剂，以进一步降低NOx的排放量。

NOx排放包括NO和NO2，但在计算NOx的排放值时（mg/MJ），排放标准通常要求按NO的分子量来计算，因为NO在大气中最终会被氧化成NO2。我公司海港热电厂CFB锅炉的NOx排放测量值如表1所示。

表1 CFB锅炉的NOX排放测量值

2 SNCR性能的影响因素

能影响SNCR系统性能设计和运行的是反应温度、最佳温度区的停留时间、燃料、底灰中石灰的质量、过量空气系数、氨氮比和反应剂等，这些都是影响SNCR脱硝效率的重要因素。

2.1 反应温度范围

SNCR技术对反应温度有严格的要求，用氨水作为还原剂的最佳温度窗在800～1 100 ℃之间。SNCR技术成功应用的关键是：在合适的温度区间喷入还原剂，并与烟气中的NOX迅速混合，在有限的停留时间内完成NOX的还原反应。

图1 NOx的排放量与温床的关系

从图1中可以看出，NOx的排放浓度会随锅炉床温度的升高而升高，曲线斜率也随床温升高而递增。在床温高于900 ℃时，NOx排放浓度的提升速度明显加快。因此，较低的床温有助于减少NOx的排放。通常情况下，循环流化床锅炉的床温在800～900 ℃之间，采用合适的SNCR脱硝技术可将NOx的排放浓度降低至50～150 ppm之间。

2.2 停留时间对NOx排放量的影响

停留时间是指反应剂在合适的化学反应区存在的总时间。在反应剂离开化学反应区前，SNCR系统必须完成喷入的氨水与烟气的混合、水的蒸发、NOx的还原反应。

图2 NOX的排放量与停留时间的关系

从图2中可以看出，NOx的排放中氨的逃逸量会随停留时间的增加而降低。停留时间<0.2 s时，因停留时间过短，氨无法与NOx进行有效反应，NOx的排放量和氨的逃逸量会急剧增加；停留时间>0.4 s时，因脱硝反应已比较充分，NOx的浓度也降到了较低的水平；当停留时间继续增加时，NOx的排放量和氨逃逸量的递减趋势会趋于平缓；当停留时间为1 s时，排放值降至最低水平。

2.3 过量空气系数

过量空气系数会对循环流化床锅炉NO2的最终排放量产生影响。随着过量空气系数的增加，从理论上讲，循环流化床锅炉中的NO和NO2的生成量都将增加，且NO的增加幅度要大于NO2的增加幅度。但在实际中，随着过量空气系数的增加，循环流化床锅炉的燃烧状况和流动状况会发生改变。因此，NO和NO2的最终排放量要结合实际情况分析。空气分级程度会受分段送风的影响，应在减少一次风量的同时，稍微增大二次风量，总过剩空气量趋于稳定时，即可减少50～80 mg/Nm3的排放量。二次风应分上、下两层送入，高挥发分燃料和大尺寸炉膛也可能要用到第三层送风。在不影响循环流化床锅炉燃烧效率的情况下，适当降低循环流化床锅炉的过量空气系数，不仅可以降低NO和NO2的最终排放量，还可以提高锅炉的工作效率。

2.4 反应温度对氨逃逸量的影响

图3 反应温度对氨逃逸量的影响

从图3中可以看出氨的逃逸量与分离器温度的关系。当分离器的温度在700～900 ℃之间时，随着温度的升高，脱硝反应会更加彻底，喷入的氨也获得了更高的比率参与反应，氨的逃逸量随分离器温度的增加而递减。

3 SNCR-DENOX烟气脱销系统

SNCR系统主要包括氨水卸料、存储系统、氨水输送系统、稀释水系统、混合分配系统、喷射系统和自动控制系统。具体如图4所示。

图4 SNCR系统的结构

3.1 氨水卸料和存储系统

该系统配有容积为50 m3的氨水储罐1个（不锈钢材质）；预备4台锅炉5 d用量的质量分数为20%的氨水。

3.2 氨水输送系统

该系统配有计量泵5台，4台投运，1台备用。氨水输送系统主要用于把储存在罐内的氨水输送到混合分配模块。其配有冲程远调功能，在系统运行时，氨水由储罐经氨水母管流出，通过计量泵输送到设置于喷射系统附近的混合分配系统。氨水泵出口应配置阻尼器、安全阀何回流管路，以保证运行压力稳定。当NOx的浓度发生变化时，氨水泵的流量应进行相应调整。

3.3 在线稀释系统

该系统配有计量泵5台，4台投运，1台备用；容积为4 m3的稀释水箱1个（不锈钢材质）。稀释水系统主要用于把储存在罐内的除盐水输送到混合分配系统。稀释水泵的形式为离心泵。在系统运行时，稀释水由储罐经母管流出，输送至设置在喷射系统附近的混合分配系统。应配套回流管路，以保证运行压力稳定。

3.4 混合分配系统

该系统配有静态混合器4个（不锈钢材质）；分配计量模块4套（不锈钢材质）。混合分配系统主要进行氨水和稀释水的混合作业，并将混合液送至喷射系统。混合分配系统包括混合器、分配母管、配套的压力流量仪表和管道阀门等。通过除盐水稀释，氨水的质量分数会处于5%～10%之间，此时其被平均分配到各个喷枪，流量分配通过转子流量计、压力表和阀门控制，以保证各个喷枪的流量均匀。

3.5 喷射系统

该系统的喷枪装置包括组合件16套（不锈钢材质）。喷射系统主要用来喷射混合液，并由压缩空气实现雾化后，与烟气中的NOx发生化学反应，以脱除烟气中NOx。喷射位置应选择在炉膛出口（分离器入口）区域，每个分离器配置2支喷枪，每台锅炉共配置4支喷枪。脱硝需要的氨水量可根据布置在锅炉尾部烟道后的NOx分析仪测定的实际排放数值，以控制SNCR系统氨水计量泵的输出量。

3.6 控制系统

该系统配有氨逃逸检测仪4套（西门子牌）；NOX检测仪4套（西门子牌）；氨泄漏监测器1套。脱硝装置采用独立控制系统，并纳入锅炉机组DCS系统，操作人员通过机组操作站，可实现对氨水溶液储存系统、氨水输送、稀释水系统、混合分配系统和喷射系统的设备控制和运行状态的监视。

4 运行情况

本项目配套使用国家专项资金240万元，将于2014-06建成调试，2014-08通过环保局验收。经烟气处理后NOx排放浓度已达到国家《火电厂大气污染物排放标》（GB 13223—2011）的限值要求。本项目设备的主要性能指标如表2所示。

表2 性能指标

5 经济分析

本工程总投资580万元，年耗煤量为1.1×105 t，氨水消耗量为880 t，耗电6.6×104 kW，除盐水1 760 t，年运行费用约187万元，每年减排NOx的质量约为195 t，每年可节省排污费约120万元。具体能耗指标如表3所示。

表3 系统能耗指标（4台炉）

6 结论

通过对同炉型循环流化床和我公司循环流化床锅炉SNCR系统的分析，可得出以下结论：①循环流化床锅炉选用 SNCR 技术可以实现很低的NOx排放值，可满足最严格的NOx排放法规的要求。氨的逃逸量最大值可控制在8 ppm以下，不会对环境造成影响，且脱氮过程中不会产生二次污染。②SNCR系统具有操作简单，运行高效、安全等优点。③循环流化床锅炉的SNCR系统在经济性方面的表现出色。该工艺系统的抗冲击负

NOx的排放浓度仍旧比较稳定，工艺技术先进且成熟。因此，循环流化床锅炉喷氨水的SNCR系统是一种值得推广的烟气脱硝技术，具有广阔的工程应用前景。

参考文献

[1]孟志浩，俞保云.燃煤锅炉烟气量及NOx排放量计算方法的探讨[J].环境污染与防治，2009，31（11）：107-109.

[2]罗朝晖，王恩禄.循环流化床锅炉选择性非催化还原技术及其脱硝系统的研究[J].动力工程，2008（03）.

[3]李仁刚，雷达.选择性非催化还原烟气脱硝技术在流化床锅炉上应用的探讨[J].电力科技与环保，2012（02）.

[4]姜鹏志.循环流化床锅炉低NOx排放特性及利用SNCR脱氮技术[J].电力技术，2010（06）.

[5]毛键雄，毛键全，赵树民.煤的清洁燃烧[M].北京：科学出版社，2000.

[6]王克宏.大型循环流化床锅炉脱硝改造[J].煤炭科技，2012，33（02）.

〔编辑：张思楠〕

SNCR in Circulating Fluidized Bed DENOX Technology and Application are Discussed

Wang Wenjie

Abstract： Through the introduction of circulating fluidized bed boiler adopts spraying ammonia SNCR technology denitration system design， detailed analysis of the factors that influence the SNCR system denitration efficiency such as the residence time of NOx emissions， the influence of reaction temperature， excess air coefficient， the influence of reaction temperature on the ammonia escape quantity， etc. This helps to circulating fluidized bed boiler control the above factors， so as to ensure the flue gas denitration efficiency of SNCR system reach or exceed 50%. Circulating fluidized bed boiler to have low nitrogen combustion characteristic， match with SNCR denitration technology， boiler NOx emission concentration can be controlled at 100 parts per million.

Key words： NOx； Circulating fluidized bed boiler； SNCR； Denitration technology

3.2 氨水输送系统

该系统配有计量泵5台，4台投运，1台备用。氨水输送系统主要用于把储存在罐内的氨水输送到混合分配模块。其配有冲程远调功能，在系统运行时，氨水由储罐经氨水母管流出，通过计量泵输送到设置于喷射系统附近的混合分配系统。氨水泵出口应配置阻尼器、安全阀何回流管路，以保证运行压力稳定。当NOx的浓度发生变化时，氨水泵的流量应进行相应调整。

3.3 在线稀释系统

该系统配有计量泵5台，4台投运，1台备用；容积为4 m3的稀释水箱1个（不锈钢材质）。稀释水系统主要用于把储存在罐内的除盐水输送到混合分配系统。稀释水泵的形式为离心泵。在系统运行时，稀释水由储罐经母管流出，输送至设置在喷射系统附近的混合分配系统。应配套回流管路，以保证运行压力稳定。

3.4 混合分配系统

该系统配有静态混合器4个（不锈钢材质）；分配计量模块4套（不锈钢材质）。混合分配系统主要进行氨水和稀释水的混合作业，并将混合液送至喷射系统。混合分配系统包括混合器、分配母管、配套的压力流量仪表和管道阀门等。通过除盐水稀释，氨水的质量分数会处于5%～10%之间，此时其被平均分配到各个喷枪，流量分配通过转子流量计、压力表和阀门控制，以保证各个喷枪的流量均匀。

3.5 喷射系统

该系统的喷枪装置包括组合件16套（不锈钢材质）。喷射系统主要用来喷射混合液，并由压缩空气实现雾化后，与烟气中的NOx发生化学反应，以脱除烟气中NOx。喷射位置应选择在炉膛出口（分离器入口）区域，每个分离器配置2支喷枪，每台锅炉共配置4支喷枪。脱硝需要的氨水量可根据布置在锅炉尾部烟道后的NOx分析仪测定的实际排放数值，以控制SNCR系统氨水计量泵的输出量。

3.6 控制系统

该系统配有氨逃逸检测仪4套（西门子牌）；NOX检测仪4套（西门子牌）；氨泄漏监测器1套。脱硝装置采用独立控制系统，并纳入锅炉机组DCS系统，操作人员通过机组操作站，可实现对氨水溶液储存系统、氨水输送、稀释水系统、混合分配系统和喷射系统的设备控制和运行状态的监视。

4 运行情况

本项目配套使用国家专项资金240万元，将于2014-06建成调试，2014-08通过环保局验收。经烟气处理后NOx排放浓度已达到国家《火电厂大气污染物排放标》（GB 13223—2011）的限值要求。本项目设备的主要性能指标如表2所示。

表2 性能指标

5 经济分析

本工程总投资580万元，年耗煤量为1.1×105 t，氨水消耗量为880 t，耗电6.6×104 kW，除盐水1 760 t，年运行费用约187万元，每年减排NOx的质量约为195 t，每年可节省排污费约120万元。具体能耗指标如表3所示。

表3 系统能耗指标（4台炉）

6 结论

通过对同炉型循环流化床和我公司循环流化床锅炉SNCR系统的分析，可得出以下结论：①循环流化床锅炉选用 SNCR 技术可以实现很低的NOx排放值，可满足最严格的NOx排放法规的要求。氨的逃逸量最大值可控制在8 ppm以下，不会对环境造成影响，且脱氮过程中不会产生二次污染。②SNCR系统具有操作简单，运行高效、安全等优点。③循环流化床锅炉的SNCR系统在经济性方面的表现出色。该工艺系统的抗冲击负

NOx的排放浓度仍旧比较稳定，工艺技术先进且成熟。因此，循环流化床锅炉喷氨水的SNCR系统是一种值得推广的烟气脱硝技术，具有广阔的工程应用前景。

参考文献

[1]孟志浩，俞保云.燃煤锅炉烟气量及NOx排放量计算方法的探讨[J].环境污染与防治，2009，31（11）：107-109.

[2]罗朝晖，王恩禄.循环流化床锅炉选择性非催化还原技术及其脱硝系统的研究[J].动力工程，2008（03）.

[3]李仁刚，雷达.选择性非催化还原烟气脱硝技术在流化床锅炉上应用的探讨[J].电力科技与环保，2012（02）.

[4]姜鹏志.循环流化床锅炉低NOx排放特性及利用SNCR脱氮技术[J].电力技术，2010（06）.

[5]毛键雄，毛键全，赵树民.煤的清洁燃烧[M].北京：科学出版社，2000.

[6]王克宏.大型循环流化床锅炉脱硝改造[J].煤炭科技，2012，33（02）.

〔编辑：张思楠〕

SNCR in Circulating Fluidized Bed DENOX Technology and Application are Discussed

Wang Wenjie

Abstract： Through the introduction of circulating fluidized bed boiler adopts spraying ammonia SNCR technology denitration system design， detailed analysis of the factors that influence the SNCR system denitration efficiency such as the residence time of NOx emissions， the influence of reaction temperature， excess air coefficient， the influence of reaction temperature on the ammonia escape quantity， etc. This helps to circulating fluidized bed boiler control the above factors， so as to ensure the flue gas denitration efficiency of SNCR system reach or exceed 50%. Circulating fluidized bed boiler to have low nitrogen combustion characteristic， match with SNCR denitration technology， boiler NOx emission concentration can be controlled at 100 parts per million.

Key words： NOx； Circulating fluidized bed boiler； SNCR； Denitration technology

3.2 氨水输送系统

该系统配有计量泵5台，4台投运，1台备用。氨水输送系统主要用于把储存在罐内的氨水输送到混合分配模块。其配有冲程远调功能，在系统运行时，氨水由储罐经氨水母管流出，通过计量泵输送到设置于喷射系统附近的混合分配系统。氨水泵出口应配置阻尼器、安全阀何回流管路，以保证运行压力稳定。当NOx的浓度发生变化时，氨水泵的流量应进行相应调整。

3.3 在线稀释系统

该系统配有计量泵5台，4台投运，1台备用；容积为4 m3的稀释水箱1个（不锈钢材质）。稀释水系统主要用于把储存在罐内的除盐水输送到混合分配系统。稀释水泵的形式为离心泵。在系统运行时，稀释水由储罐经母管流出，输送至设置在喷射系统附近的混合分配系统。应配套回流管路，以保证运行压力稳定。

3.4 混合分配系统

该系统配有静态混合器4个（不锈钢材质）；分配计量模块4套（不锈钢材质）。混合分配系统主要进行氨水和稀释水的混合作业，并将混合液送至喷射系统。混合分配系统包括混合器、分配母管、配套的压力流量仪表和管道阀门等。通过除盐水稀释，氨水的质量分数会处于5%～10%之间，此时其被平均分配到各个喷枪，流量分配通过转子流量计、压力表和阀门控制，以保证各个喷枪的流量均匀。

3.5 喷射系统

该系统的喷枪装置包括组合件16套（不锈钢材质）。喷射系统主要用来喷射混合液，并由压缩空气实现雾化后，与烟气中的NOx发生化学反应，以脱除烟气中NOx。喷射位置应选择在炉膛出口（分离器入口）区域，每个分离器配置2支喷枪，每台锅炉共配置4支喷枪。脱硝需要的氨水量可根据布置在锅炉尾部烟道后的NOx分析仪测定的实际排放数值，以控制SNCR系统氨水计量泵的输出量。

3.6 控制系统

该系统配有氨逃逸检测仪4套（西门子牌）；NOX检测仪4套（西门子牌）；氨泄漏监测器1套。脱硝装置采用独立控制系统，并纳入锅炉机组DCS系统，操作人员通过机组操作站，可实现对氨水溶液储存系统、氨水输送、稀释水系统、混合分配系统和喷射系统的设备控制和运行状态的监视。

4 运行情况

本项目配套使用国家专项资金240万元，将于2014-06建成调试，2014-08通过环保局验收。经烟气处理后NOx排放浓度已达到国家《火电厂大气污染物排放标》（GB 13223—2011）的限值要求。本项目设备的主要性能指标如表2所示。

表2 性能指标

5 经济分析

本工程总投资580万元，年耗煤量为1.1×105 t，氨水消耗量为880 t，耗电6.6×104 kW，除盐水1 760 t，年运行费用约187万元，每年减排NOx的质量约为195 t，每年可节省排污费约120万元。具体能耗指标如表3所示。

表3 系统能耗指标（4台炉）

6 结论

通过对同炉型循环流化床和我公司循环流化床锅炉SNCR系统的分析，可得出以下结论：①循环流化床锅炉选用 SNCR 技术可以实现很低的NOx排放值，可满足最严格的NOx排放法规的要求。氨的逃逸量最大值可控制在8 ppm以下，不会对环境造成影响，且脱氮过程中不会产生二次污染。②SNCR系统具有操作简单，运行高效、安全等优点。③循环流化床锅炉的SNCR系统在经济性方面的表现出色。该工艺系统的抗冲击负

NOx的排放浓度仍旧比较稳定，工艺技术先进且成熟。因此，循环流化床锅炉喷氨水的SNCR系统是一种值得推广的烟气脱硝技术，具有广阔的工程应用前景。

参考文献

[1]孟志浩，俞保云.燃煤锅炉烟气量及NOx排放量计算方法的探讨[J].环境污染与防治，2009，31（11）：107-109.

[2]罗朝晖，王恩禄.循环流化床锅炉选择性非催化还原技术及其脱硝系统的研究[J].动力工程，2008（03）.

[3]李仁刚，雷达.选择性非催化还原烟气脱硝技术在流化床锅炉上应用的探讨[J].电力科技与环保，2012（02）.

[4]姜鹏志.循环流化床锅炉低NOx排放特性及利用SNCR脱氮技术[J].电力技术，2010（06）.

[5]毛键雄，毛键全，赵树民.煤的清洁燃烧[M].北京：科学出版社，2000.

[6]王克宏.大型循环流化床锅炉脱硝改造[J].煤炭科技，2012，33（02）.

〔编辑：张思楠〕

SNCR in Circulating Fluidized Bed DENOX Technology and Application are Discussed

Wang Wenjie

Abstract： Through the introduction of circulating fluidized bed boiler adopts spraying ammonia SNCR technology denitration system design， detailed analysis of the factors that influence the SNCR system denitration efficiency such as the residence time of NOx emissions， the influence of reaction temperature， excess air coefficient， the influence of reaction temperature on the ammonia escape quantity， etc. This helps to circulating fluidized bed boiler control the above factors， so as to ensure the flue gas denitration efficiency of SNCR system reach or exceed 50%. Circulating fluidized bed boiler to have low nitrogen combustion characteristic， match with SNCR denitration technology， boiler NOx emission concentration can be controlled at 100 parts per million.

Key words： NOx； Circulating fluidized bed boiler； SNCR； Denitration technology