SNCR脱硝技术应用的要点及探索

王烁

摘要：石家庄市燃煤电厂中存在建厂较早、脱硝工艺落后或基本没有的局面。近些年来由于严峻的大气形势，迫使燃煤电厂必须进行工艺升级。石家庄市某电厂循环流化床锅炉脱硝工艺采用SNCR技术。本文针对SNCR技术在实际中的应用要点、暴露的问题及进一步优化做出了初步探索，对其他类似燃煤电厂的脱硝工艺升级具有重要意义。

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.

关键词：燃煤电厂;脱硝;循环流化床锅炉;SNCR技术

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

中图分类号：TM62                                         文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）27-0191-03

0  引言

石家莊市区东南部某燃煤电厂承担着为辖区内企业提供高压蒸汽和电力的责任，该电厂现阶段主要使用2台75t/h循环流化床锅炉（CFB）配套两套10MW发电机组来进行生产。截止到2013年底厂内废气处理设施主要有：2台高效静电除尘器和2套炉内喷钙脱硫设施，主要应用于烟气的除尘和脱硫，并无配套的脱硝设施。随着国家《火电厂大气污染物排放标准（GB13223-2011）》的发布，该厂烟气中氮氧化物的排放不能满足标准中烟气中NOX排放浓度限值为200mg/m3的要求，需要对原有工艺进行升级改造，使氮氧化物排放能够达标。

通过对现有循环流化床锅炉增设SNCR脱硝系统，该电厂随后的氮氧化物排放数据能够满足国家标准要求。本文主要通过对SNCR脱硝技术在该电厂循环流化床锅炉上的应用进行研究，同时对脱硝工艺的进一步优化提出合理性建议。

1  循环流化床锅炉简介

循环流化床锅炉（CFB）[1]在世界上的应用始于20世纪80年代初，是近几十年发展起来的一种新型洁净、节能、低排放的煤及生物质燃烧技术。

循环流化床作为低温分段燃烧的锅炉，在炉内脱硫和抑制NOX 生成方面与链条炉、煤粉炉等相比有着明显的优点。在相同烟气量情况下，循环流化床锅炉NOX实际排放量约为煤粉炉的1/2左右[2]。

本文中的电厂使用两台循环流化床锅炉，一台为YG-75/3.82-M1型，安装于2000年;另一台为BT-75/3.82-M型，安装于2005年。

2  NOX的生成及影响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。化石燃料的燃烧、高温下空气中的N2氧化都可以产生氮氧化物。

氮氧化物根据形成路径的不同可以分为三类：热力型、快速型及燃料氮[3]。

燃烧空气中的N2在高温下经过氧化生成NOX，称为热力型NOX（或称温度型NOX）。当温度小于1300℃时几乎没有热力型NOX的生成，只有当温度超过1300 ℃时热力型NOX浓度才开始急速增大。

快速型NOX是通过空气中的氮和碳氢原子团如CH和HCN的反应产生的。快速型NOX产生的量比起通过其他机理产生的NOX一般情况下要小得多。

燃料型NOX是煤燃烧时产生的NOX的主要来源。煤燃烧时约75%至90%的NOX是燃料型NOX。因此控制锅炉中的NOX主要针对的是燃料型NOX的生成和排放。

3  SNCR脱硝工艺

3.1 SNCR脱硝工艺原理

SNCR脱硝技术即选择性非催化还原技术，是一种不用催化剂，在850-1100℃的温度范围内，将含氨基的还原剂（如氨水，尿素溶液等）喷入炉内，将烟气中的NOx还原脱除，生成氮气和水的清洁脱硝技术。这项技术比较成熟，1974年在日本首次投入商业应用。

SNCR 技术脱硝原理[4]为：

在850-1100℃范围内，NH3或尿素还原NOX的主要反应为：

NH3为还原剂：

4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O

尿素为还原剂：

NO+CO（NH2）2+1/2O2→2N2+CO2+H2O

在实际应用中，SNCR脱硝系统一般由包含：卸氨系统、罐区、加压泵及其控制系统、混合系统、分配与调节系统、喷雾系统等。

SNCR的脱硝过程主要有以下四个步骤：接收和储存还原剂;在锅炉合适位置注入稀释后的还原剂;还原剂的计量输出、与水混合稀释;还原剂与烟气混合进行脱硝反应。

3.2 SNCR脱硝工艺特点

与其他成熟的脱硝技术相比，SNCR技术具有以下技术特点：①循环流化床锅炉的炉膛温度范围正好处于SNCR脱硝技术的合理反应温度范围内。②运行成本低（不需要更换催化剂，也不需要热解或水解尿素）。③占地面积小（不需要额外反应器，反应在炉内进行）。④在脱硝过程中不使用催化剂，因此不会造成空预器堵塞和压力损失等其它烟气脱硝技术引起的弊端。⑤SNCR适合老电厂的改造并且建设周期短，投入使用的实效性比较强。由于该电厂建厂时间较早，烟气环保设施初建时只考虑了除尘和脱硫，并没有考虑脱硝设施的空间预留。因此综合以上因素及企业自身实际该电厂脱硝改造升级项目最终选用了SNCR脱硝技术。

4  SNCR脱硝技术实际运行的效果

该电厂废气处理工艺升级完毕后，于2015年一季度投入运行。按照2011年国家制定的火电厂大气污染物新的排放标准，该电厂采用SNCR法脱硝后，全年四个季度氮氧化物的排放均实现达标。在实际运行中，废气经过SNCR法脱硝后，所排放氮氧化物浓度大致在120-170mg/m3之间，脱硝效率大致在30-45%之间。表1为工艺运行当年（2015年）与上年（2014年）NOX排放浓度对比及较上年同期各季度NOX削减率汇总。

5  SNCR技术实际应用中的几个要点及优化

SNCR技术虽然原理比较简单，但是在实际中有诸多因素能够影响NOX的还原率。其中主要包含还原剂喷入点、喷入方式和喷入量。

5.1 还原剂喷入点的优化

路涛[5]等经过研究，在停留时间一致的条件下，采用 SNCR技术NOX的还原率最大的温度范围为870-1000℃。为了保证反应温度，如图1所示，还原剂喷入点选择在炉膛中、上部的高温区域。

5.2 还原剂喷入方式的优化

本次锅炉配套选用的为外旋切向的旋风分离器。袁淑霞[6]等提出对于配置外旋切向旋风分离器的锅炉，采取外侧进行还原剂的喷射方式，还原剂在废气中停留时间比内侧喷射明显更长。图2可见，温度一定时，停留时间越长，NOX的还原率就越高。

5.3 还原剂的喷入量

按照SNCR技术的反应原理，还原剂（实际使用氨水）与NOX摩尔比为1最合适。White Paper[7]等对 NOX还原率和NH3/NOX 摩尔比关系进行研究发现，NH3/NOX摩尔比在1.0-2.0之间，最大不超过2.5时，NOX还原率较高。研究结果如图3所示。

在实际操作中，喷枪喷射与监控平台连用，针对鼓入废气的动态量实施脉冲喷射，使氨水的喷入量与废气中NOX的量比基本维持在1.0-2.0间。

6  SNCR应用中出现的问题及进一步优化的探索

从SNCR投入使用以来，该技术虽然具备升级改造简单、成本低等优点，但同时也存在着相较于SCR技术脱硝效率偏低。除此之外，还存在着还原剂过量，产生氨逃逸，造成二次污染等问题。

针对石家庄市大气污染防治的严峻形势，对NOX排放的加严要求必须对SNCR进行进一步升级和优化。SNCR与其他脱硝技术是技术发展的新趋势。

①SNCR 和SCR的联用。Hamid Farzan[8]等在美国南加州使用该技术，燃煤锅炉的NOX脱除率可达到 70-92%，在新泽西州液态排渣燃煤锅炉可达到 90%，氨逃逸在 2×10-6 以下，有效解决了氨逃逸导致的二次污染。

②SNCR和低NOX燃烧技术的联用。循环硫化床锅炉本身具有低氮燃燒的特性[9]。对锅炉采取阶段燃烧、自身再循环燃烧、增设预燃室等手段降低锅炉NOX的产生，再结合SNCR脱硝，也可显著提升脱硝效率

参考文献：

[1]殷立宝，张月，李加护.循环流化床锅炉氮氧化物生成与控制分析[J].电力情报，2001（03）：1-4.

[2]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.

[3]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，2010，19（06）：6-10.

[4]马瑞，徐有宁.SNCR法脱硝在循环流化床锅炉中的应用[J].沈阳工程学院学报（自然科学版），2013，9（01）：47-49.

[5]路涛，贾双燕，李晓芸.关于烟气脱硝的SNCR工艺及其技术经济分析[J].现代电力，2004（01）：17-22.

[6]袁淑霞，樊玉光，胡宇波.SNCR的喷雾与混合过程及其对脱硝效率的影响[J].环境工程学报，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]赵鹏勃，孙涛，高洪培，余武高，安城，刘冬，惠小龙.CFB锅炉SNCR脱硝技术常见问题及对策[J].洁净煤技术，2016，22（01）：86-89，104.