SNCR脱硝系统节能减排改造应用实例及推广价值

杨 明 朱水兴 孙黎宏

杭州临江环保热电有限公司

0 引言

我国在“十三五”期间对燃煤电厂氮氧化物的排放提出了更高的要求。随着热电行业循环流化床锅炉低氮燃烧改造的普遍实施，原有SNCR系统喷枪设计出力已不能满足低氮燃烧改造后的新工况。为保证喷嘴雾化效果而喷入的稀释水量过大造成电除尘阴极线腐蚀加剧，影响其使用寿命；烟气再循环风机挡板腐蚀卡涩给煤机系统腐蚀严重和；锅炉排烟热损失增加等。针对锅炉低氮燃烧改造前后燃烧工况及NOx生成量的变化，需要相应地对原SNCR系统进行改造，以达到新的工况匹配并取得节能减排效果。

1 SNCR系统原理、系统及影响因素分析

1.1 SNCR工艺化学反应原理

首先氨或者尿素等氨基还原剂气化后喷入炉内，或者是先喷入炉内借助烟气热量气化，之后在合适的温度范围（一般称为温度反应窗口）内，气态氨或者尿素等氨基还原剂产生活性分子（NH3或者NH2）经过一系列反应后，氨基活性分子与NOx接触并将其还原成N2和H2O。

以氨作为还原剂的化学反应方程为：

2NO+2NH3+1/2O2→2N2+3H2O

SNCR技术的优点在于易于实现，不需要催化剂，也就避免了使用催化剂带来的一系列问题，且易于安装在已有的燃烧装置上，项目成本低，运行费用也不高。尤其在烟气超低NOx排放技术中是一种非常重要的技术。

1.2 基于氨为还原剂的SNCR脱硝系统

SNCR工艺系统（图1）包括还原剂制备储存系统、还原剂计量稀释系统、还原剂分配系统和还原剂喷射系统。还原剂计量稀释系统包括稀释水系统和计量系统。

图1 以氨水为还原剂的SNCR脱硝系统工艺系统

1.3 SNCR技术的影响因素

SNCR脱硝反应的化学反应速率决定了SNCR脱硝效率，影响SNCR系统脱硝效率的主要因素有：

（1）反应温度窗口；

（2）最佳反应窗口内的停留时间；

（3）喷入的还原剂与烟气混合的均匀程度；（4）初始NOx浓度水平；

（5）标准化的化学当量比（NSR）；（6）氨逃逸。

1.3.1 反应温度窗口

SNCR系统中的脱硝反应发生在一个特定的温度区间内，在这个温度区间内，能提供足够的能量使脱硝进行化学反应。对于以氨作为还原剂的SNCR脱硝反应最佳温度窗口为850℃～1100℃。

1.3.2 最佳反应窗口内的停留时间

最佳反应温度窗口内停留时间指还原剂在炉膛适合温度区间停留时间。增加停留时间能够使传质过程和化学反应比较充分，可以提高NOx的脱除率。

1.3.3 . 初始NOx浓度水平

当初始NOx浓度较低时，脱硝反应的最佳反应温度窗口降低，脱硝效率降低。

1.3.4 标准化的化学当量比（NSR）

NSR增加时，脱硝效率随之增加。但是随着NSR增加，脱硝效率增加的幅度呈指数规律下降。当NSR超过2.0之后再增加还原剂量不会使脱硝效率明显增加。

1.3.5 氨逃逸

为了减少脱硝系统逃逸氨对锅炉设备的结垢、堵塞、腐蚀影响和对大气环境的危害，环保部门和环保规范都制定了氨逃逸限定值，本项目是8mg/Nm3。显然，氨逃逸限定值越低，则能够达到的脱硝效率越低。

1.3.6 喷入的还原剂与烟气混合的均匀程度

还原剂与烟气混合的均匀性好坏取决于喷射系统，喷枪使用压缩空气将还原剂溶液以雾状按照一定的角度、速度和方向喷入炉膛与烟气混合。还原剂与烟气混合不均匀带来较低的脱硝效率可从以下几个方面改善：（1）增加喷入的雾化颗粒的动量；（2）增加喷枪数量；（3）增加喷射区域；（4）改善喷枪的性能来获得最优的雾化颗粒直径、分布、角度和喷射方向。这是本次改造主要考虑的方向和措施。

2 SNCR系统改造前后比较

2.1 改造内容

（1）喷嘴改造

由原锥形喷嘴改为上海守望者喷雾智能系统有限公司生产的广角扇形喷嘴，参数比较见表1。

表1 喷枪改造前后参数比较表

（2）停用稀释水系统

停用改造前为确保喷嘴雾化效果而设计的稀释水系统。

2.2 喷嘴性能比较及雾化情况

通过喷嘴性能曲线（图2）和实际喷嘴雾化实验效果（图3）可以确定新喷嘴在雾化性能方面、喷射扇形角度和喷嘴流量线性比旧喷嘴优异。

图2 喷嘴性能比较曲线

图3 喷嘴雾化实验效果

2.3 改造前后SNCR原料消耗及NOx排放

通过对1#、2#和3#130t高温高压循环流化床锅炉SNCR脱硝喷嘴的改造均取得良好效果（见图4）。

图4 SNCR脱硝喷嘴改造前后效果比较

基于连续测量3台锅炉SNCR脱硝系统的一个月实时排放数据平均值得出表2数据。

3 效果分析及结论

SNCR系统喷嘴改造后锅炉尾部烟道积灰严重情况得到良好改善，降低了锅炉检修工作中烟道清灰工作量；锅炉烟气湿度改善，引风机挡板、烟气再循环风机挡板卡涩情况有所改善，降低了设备的故障率；减缓电除尘阴极线腐蚀情况，延长了电除尘阴极线使用寿命；稀释水系统停用后，锅炉排烟热损失减少。

表2 锅炉SNCR脱硝系统的实时排放数据平均值（1个月）

改造直接收益方面，以SNCR系统年运行8 000小时计算：稀释水泵电能消耗8 800kWh，约3 960元；除盐水消耗量减少1 816吨，约7 264元；氨水消耗量减少110吨，约81 767元。而单台炉整体改造费用为42 000元，可见从SNCR喷嘴系统改造中产生良好的经济效益的同时也为节能减排工作发挥了明显的作用，在同类型锅炉中值得推广应用。