SNCR脱硝技术在燃煤锅炉废气处理中的应用

何明乙 叶太林 张燕飞 张海明 缪双双

摘要：阐述了选择性非催化还原（SNCR）脱硝技术的脱硝原理、&g-特点及其对脱硝效率的影响因素，结合工程实例，分析了SNCR脱硝技术在台州某企业燃煤锅炉废气处理中的应用情况，对SNCR脱硝系统及其脱硝效率做出了详细说明，为SNCR脱硝技术在燃煤锅炉废气处理中的应用提供借鉴。

关键词：燃煤锅炉;选择性非催化还原;脱硝

中图分类号：X701.7 文献标识码：A 文章编号：1674-9944（2019）18-0132-04

1引言

煤炭在我国的能源结构中地位尤为突出，占能源消费总量的60%左右，是我国非常重要的原料与能源。目前，我国对煤炭主要的利用方式是燃烧。由于对煤炭资源不合理的利用，导致了大量的NOx、SO2以及悬浮颗粒物等污染物的释放，造成了严重的环境问题。

NOx作为大气中主要的污染物，会导致酸雨形成，酸雨不仅会对生态环境和水体破坏造成破坏，而且会对人身财产安全造成威胁;NOx具有急性刺激性，进人人体呼吸系统后会引起呼吸道疾病;在强光的作用下，NOx会与碳氢化合物反应产生有毒的光化学烟雾，造成光化学污染，威胁人类生命。由于煤炭的燃烧是导致大气中NOx污染的主要原因，所以必须要严格控制燃煤锅炉排放废气中NOx的浓度。

目前，选择性非催化还原（SNCR）、选择性催化还原、湿法烟气和低氮燃烧等脱硝技术是运用在燃煤锅炉脱硝中的主要技术。与其他脱硝技术相比，SNCR脱硝技术具有系统简单、占用空间小、运行费用少、环保且效果显著等优点。因此，SNCR脱硝技术被广泛应用于焚烧电厂和燃煤锅炉当中。但是，目前SNCR脱硝技术在具体的应用过程中还存在许多问题有待解决。为此，本文概述了SNCR脱硝技术的脱硝原理、技术特点及其对脱硝效率的影响因素，并在第二次全国污染源普查过程中分析了SNCR脱硝技术在台州某企业燃煤锅炉废气处理中的应用情况，对其技术参数、技术要求、脱硝系统和脱硝效率等做出了说明，为SNCR脱硝技术在燃煤锅炉废气处理中的应用提供借鉴。

2SNCR脱硝技术概况

2.1脱硝原理

在无催化剂参与的情况下，利用氨或尿素等氨基还原剂在有氧的条件下与烟气中的NOx在炉膛内反应，将NOx还原成无害的氮气和水。其基本化学反应

式如下。

2.2技术特点

SNCR脫硝技术主要有以下几个特点。

（1）系统简单：不需要改变锅炉主体结构，只需在现有的基础上添加SNCR脱硝系统，建设周期短，施工简单，停炉时间短。

（2）投资少：只需添加廉价的还原剂，并且反应在炉膛内发生，所以不需要昂贵的催化剂和催化塔，运行成本低。

（3）运行阻力小：SNCR脱硝系统不会干扰燃煤锅炉的运行。

（4）效果显著：在中小型余热锅炉中脱硝效率达50%～70%;在大型余热锅炉中脱硝效率效率达30%～50%。

2.3脱硝效率的影响因素

2.3.1烟气反应区温度

NOx的还原需要在一定温度内进行，由于SNCR脱硝技术无催化剂的参与，所以对温度相对较为敏感。因此，只有在较高的温度范围（800～1150℃）才能保证还原剂有效还原烟气中的NOx。当反应区温度过低时，不利于反应的进行，还原剂与烟气中的NOx反应不充分，这不仅影响了脱硝效果，而且会增加氨的逃逸。陈晓林等人研究发现当温度不高于850℃时，会严重影响尿素的脱硝效果，降低脱硝效果。随着温度升高，会增强还原剂与NOx的反应，明显加快化学反应的速率，但是当温度过高时，根据反应方程式，还原剂会与氧气发生反应被氧化成NOx，反而会增加NOx的浓度，降低脱硝效果。

2.3.2还原剂种类

由于不同还原剂之间形态和分解反应存在差异，导致其反应条件和脱硝效果不同。氨水的反应温度范围较广，反应速度快;而尿素的温度范围较窄，反应时间较长，反应速率慢，但是尿素溶液具有更远的喷射距离，可以改善与烟气的混合效果，从而提高脱硝效率。另外，周俊虎等人研究了不同还原剂对氮氧化物的还原，发现氨水在800℃时脱硝效果最好，脱硝率可达68%;而尿素在900℃时脱硝效果最好，脱硝率可达84%。一般氨水的最佳温度窗口在800～1100℃，尿素的最佳温度窗口在900～1150℃。

2.3.3混合条件

还原剂与烟气在短时间内的混合条件对脱硝效果起着关键作用。还原剂通过喷射装置进入炉膛内烟，与烟气边混合边发生一系列的化学反应。若还原剂与烟气没有均匀混合，或混合时间过短，会导致反应物分布不均，无法供给足够的反应物，将会抑制的NOx还原反应，导致脱硝效果和还原剂的利用率降低。所以必须改善还原剂与烟气的混合条件，不然会导致氨的逃逸，造成二次污染，而且会影响脱硝效率。

2.3.4还原剂停留时间

任何反应的进行都需要时间，若还原剂在烟气中的停留时间过短，会导致反应物分布不均，将会抑制的NOx还原反应，导致脱硝效率的降低;若停留时间过长，NOx的还原已趋于饱和，会导致还原剂自身氧化反应的发生。一般情况下，随着温度的升高，脱硝反应加剧，所需时间也会相应缩短。当温度大于850℃时，整个过程所需的反应时间在0.3s以内;当温度900℃时，尿素在不到0.05s的时间内就已基本分解。若想得到合适的脱硝效率，需保证停留时间在0.3～0.5s;若想取得最大的NOx还原率，则需保证停留时间需大于1S。

2.3.5氨氮比

氨氮比（NSR）是指SNCR脱硝反应中还原剂（以NH3计算）与NOx（以NO计算）的摩尔数之比。根据反应方程式，理论上当NSR等于1时就能达到理想的脱硝效果。而实际上，系统内的反应受各种因素的影响，为了提高NOx的脱除效果，通常维持反应体系中的NSR要大于理论值。当NSR在1.0～2.0时，NSR的增加会促进反应的进行，提高NOx的脱除效率;但是当NSR大于2.0时，反应已接近饱和，NSR的增加不仅不会增加NOx的脱除效率，而且还会降低还原剂的利用率。因此，NSR一般控制在1.0～2.0。周俊虎等人研究发现在800℃时，NSR>1.5后氨水和尿素的脱硝效果已经趋于饱和;在900℃时，NSR大于2时，再提高NSR也不能进一步提高NOx的脱除率。

因此，为了保证SNCR对燃煤锅炉废气中NOx的处理效率并降低氨的逃逸，需要做到以下幾点：（1）选取合适的还原剂;（2）控制反应区温度，将其维持在一个最佳的温度范围;（3）控制反应时间，保证还原剂在烟气中有足够的停留时间;（3）改善还原剂与烟气中的NOx混合程度;（5）确定一个合适的NSR。

3工程实例

3.1工程概况

为打造美丽城市，保护生态环境，台州政府建设领导小组办公室下发了相关文件，要求台州某企业对现有的15t/h燃煤锅炉的废气处理设备进行提标改造。根据通知要求，该企业通过SNCR脱硝技术对现有燃煤锅炉废气处理设施进行了提标改造。

3.2企业基本情况

台州市某企业是一家以废纸为原料的造纸企业，全厂占地面积10522.8m²，主要生产楞纸，产能约为4万吨/a。由于目前该企业所在区域的天然气管网尚未接通，现有一台15t/h燃煤锅炉提供过渡期热源。原有的燃煤锅炉废气处理工艺流程如图l所示，废气先通过多管旋风除尘，再利用双碱法进行脱硫，最后通过排气管向40m的高空排放。

3.3SNCR脱硝系统设计

根据国家有关环保法律法规的要求，为使燃煤锅炉排放烟气中的NOx浓度符合《锅炉大气污染物排放标准））（GBl3271-2014）表1规定的特别排放限值，特设计了一套SNCR脱硝系统对企业燃煤锅炉废气处理设备进行提标改造，其工艺流程如图2所示。

3.3.1主要设计技术参数

设计技术参数见表2。

3.3.2还原剂的选择

目前，尿素、液氨和氨水是SNCR脱硝工艺中常用的还原剂。但是与液氨和氨水相比，尿素优点明显。尿素无毒，不易燃烧和爆炸，所以在运输、储存和使用过程中安全性高，无安全隐患。另外，尿素溶液挥发性小，具有较好的穿透性，可以更有效地与烟气混合，改善与烟气中NOx的混合效果，提高脱硝效率高。因此，在本项目中采用尿素作为还原剂。

3.3.3SNCR脱硝系统

SNCR脱硝系统主要由尿素储仓系统、尿素溶解储存系统、尿素溶液传输系统以及尿素溶液喷射系统组成，其装置示意图如图2所示。

（1）尿素储仓系统。脱硝系统运行后，需要较大的尿素量，为了保证SNCR脱硝系统的正常运作，必须储存一定量的尿素。因此，尿素必须有个固定的仓室用以储存尿素。固体尿素通过叉车搬运至输送泵，再由输送泵将尿素储备在尿素储存仓内。

（2）尿素溶解储存系统。通过螺旋给料机将固体尿素输送至计量仓，计量仓将一定量的固体尿素注入配料池，同时向配料池中注入稀释水和蒸汽通过搅拌将尿素溶解，将其制备成50%的尿素溶液。

（3）尿素溶液输送系统。通过尿素溶液输送泵将尿素溶液输送至混合器与稀释水混合，将其稀释成10%的尿素溶液，然后输送至尿素喷射系统。

（4）尿素溶液喷射系统。在尿素喷人炉膛前，先将尿素溶液精确计量分配到每个喷枪，再通过喷嘴喷入炉膛喷射层，与烟气均匀混合。尿素系统设有流量调节阀，可以根据烟气的具体工况对流量进行调节。

3.4监测与评价

为了评价应用SNCR脱硝技术后燃煤锅炉排放的废气是否达到《锅炉大气污染物排放标准》（GB 13271-2014）规定的排放限值，共设置了2个监测断面，监测锅炉炉膛废气出口和废气处理设施排放口污染物的浓度，具体监测点位如图2所示，具体监测项目及采样频次见表3。

采样前根据《浙江省环境监测质量保证技术规定》要求对自动烟尘（气）测试仪采用标准气进行校准。

通过对燃煤锅炉脱硝前后废气进行监测，结果如表5、6所示。锅炉炉膛废气出口脱硝前氮氧化物浓度均值为262.0mg/m³，脱硝后浓度均值为100.0mg/m³，脱硝后氮氧化物浓度降低了162mg/m³，其处理效率达61.8%，达到设计技术参数中处理效率高于50%的要求，并且锅炉烟囱排放口废气中的氮氧化物的排放浓度符合燃煤锅炉大气污染特别排放限值。

根据◎2#监测断面废气监测结果，锅炉废气处理设施排放口中废气中的颗粒物实测浓度均值为9.0 mg/m³、二氧化硫实测浓度均值为69.7mg/m³、氮氧化物实测浓度均值为37.0mg/m³以及烟气黑度小于1级，均符合《锅炉大气污染物排放标准》（GBl3271-2014）中的燃煤锅炉大气污染特别排放限值，并且烟囱排放高度在40m，也符合《锅炉大气污染物排放标准》中烟囱最低允许排放高度。综上，SNCR脱硝技术能够有效降低燃煤锅炉废气中的氮氧化物浓度，在原有燃煤锅炉废气处理工艺的基础上，结合SNCR脱硝技术能够有效处理燃煤锅炉废气，使其满足大气污染物排放限值的要求。

4结语

通过对SNCR脱硝技术的技术特点、工艺原理和脱硝效率的影响因素的概述，并结合SNCR脱硝技术在燃煤锅炉废气中应用情况，SNCR脱硝技术可以有效降低锅炉废气中氮氧化物的浓度。脱硝前废气中氮氧化物浓度均值为262mg/m³，脱硝后浓度为100mg/m³，处理效率高达61.8%。结合SNCR脱硝技术，经过处理的燃煤锅炉废气中的颗粒物、二氧化硫、氮氧化物浓度及烟气黑度均能满足大气污染物排放限值的要求。