SNCR脫硝技術(shù)在燃煤電廠的應(yīng)用探討

汪平標(biāo)

摘 要：本文介紹了電廠脫硝技術(shù)選擇性非催化還原法的基本原理和工藝，并將其與選擇性催化還原法從原理、優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比，分析影響該技術(shù)實(shí)施工程技術(shù)關(guān)鍵，并對(duì)其配合低氮燃燒技術(shù)的配合應(yīng)用進(jìn)行探討，以此為燃煤電廠的脫硝工藝提供相關(guān)參考。

關(guān)鍵詞：SNCR；SNR；脫硝原理

NOx的排放是造成大氣污染的主要原因之一。隨著國(guó)家環(huán)保形勢(shì)的日益嚴(yán)格，控制燃煤鍋爐NOx排放勢(shì)在必行。根據(jù)杭州市相關(guān)要求，NOx排放限值為50mg/m3以下（標(biāo)態(tài)），顯然以往依靠單純的燃燒調(diào)整手段已不能滿足排放標(biāo)準(zhǔn)要求，必須加以輔助手段控制NOx的排放，SNCR（SelectiveNon-CatalyticReduction）是一種無需催化劑的脫硝方式。由于不需要催化劑，為得到較強(qiáng)的化學(xué)反應(yīng)活性，SNCR技術(shù)使用的還原劑為氨或尿素等氨基選擇性地還原，所需要的爐膛出口溫度在850～950℃之間（最佳反應(yīng)溫度區(qū)間），才能獲得較高的反應(yīng)活性，而且此技術(shù)對(duì)煙氣中NOx的還原是有選擇性的。一般情況下，有催化劑的SNCR脫硝技術(shù)的效率可達(dá)到80%以上，是SNCR的脫硝技術(shù)的兩倍，這是因?yàn)榇笮湾仩t尺寸較大，使得爐膛內(nèi)的還原劑較難混合均勻。但是，由于SNCR脫硝技術(shù)存在以下優(yōu)點(diǎn)：如投資少、改造方便、可與多種脫硝技術(shù)搭配使用等，所以此技術(shù)在燃煤電廠的脫硝改造上應(yīng)用廣泛。

1 鍋爐脫硝工藝原理

1.1 NOx生成機(jī)理

在煤燃燒過程中，NOx形成的主要途徑有兩條：一是煤中由成煤植物的蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化而來的有機(jī)氮化物在高溫火焰中發(fā)生熱分解，并進(jìn)一步氧化而生成NOx；二是供燃燒用空氣中的氮?dú)庠诟邷貭顟B(tài)與氧發(fā)生化合反應(yīng)而生成NOx。

NOx可分3種類型：熱力型、燃料型和快速型。

熱力型NOx：在高溫環(huán)境下，由燃燒用空氣中的氮氧化而生成的NOx。溫度對(duì)熱力型NOx生成速度的影響呈指數(shù)函數(shù)關(guān)系，在1350℃以下時(shí)，熱力型NOx的生成量是很少的，但隨著溫度的升高，NOx生成量迅速增加，當(dāng)溫度達(dá)到1600℃時(shí)，熱力型NOx的生成量可占爐內(nèi)NOx生成總量的20%～30%；對(duì)于循環(huán)流化床鍋爐，其爐內(nèi)燃燒溫度一般在800～1000℃，熱力型NOx的生成量很小。

燃料型NOx：燃料中含有的氮化物在燃燒過程中發(fā)生熱分解，并進(jìn)一步氧化生成NOx，同時(shí)，還存在著NO的還原反應(yīng)。在煤粉爐中，煤在燃燒時(shí)產(chǎn)生的NOx總量中60%～70%是來自燃料型NOx。

快速型NOx：通過燃料產(chǎn)生CH原子團(tuán)撞擊N2分子，生成CN類化合物，再進(jìn)一步氧化成NO。與熱力型NOx、燃料型NOx生成量相比，它的生成量要少得多。循環(huán)流化床鍋爐的NOx排放比傳統(tǒng)煤粉爐要低很多。主要是由于循環(huán)流化床的床溫低，熱力型NOx生成量很小，同時(shí)循環(huán)流化床采用了分級(jí)燃燒也有效降低了燃料型NOx的生成。

1.2 脫硝工藝對(duì)比

目前國(guó)內(nèi)外燃燒后脫硝的主要技術(shù)包括選擇性催化還原法（SCR）、選擇性非催化還原法（SNCR）、濕法脫硝、電子束照射方法等。應(yīng)用較多、系統(tǒng)較為成熟的是SCR和SNCR，SNCR技術(shù)的還原劑是含有NHx基的物質(zhì)，如NH3.H2O、NH3或者尿素等，經(jīng)過熱分解后形成NH3以及相關(guān)副產(chǎn)物，氨氣與煙氣內(nèi)的NOx反應(yīng)后生產(chǎn)N2。當(dāng)還原劑為尿素時(shí)的反應(yīng)如下：

NH2CONH2 → 2NH3+HNCO

4NO+4NH3+O2 → 4N2+6H2O

2NO2+4NH3+O2 → 3N2+6H2O

SCR和SNCR兩種技術(shù)的主要比較如下表所示。

2 SNCR煙氣脫硝改造工程技術(shù)關(guān)鍵和發(fā)展方向

技術(shù)關(guān)鍵：

影響SNCR脫硝效率的因素有很多，包括初始NOx的含量、還原劑的種類、還原劑與煙氣的混合度、氨氮比）、還原劑在溫度窗口內(nèi)的停留時(shí)間、還原劑噴入點(diǎn)的煙氣溫度等。

2.1 窗口溫度（最佳溫度）

NOx的還原反應(yīng)職能在特定的溫度范圍內(nèi)才能進(jìn)行，通常為850℃～950℃，這就使得窗口溫度成為了影響SNCR反應(yīng)的一個(gè)重要因素。在工程應(yīng)用和實(shí)驗(yàn)研究中，最佳溫度窗口是指還原劑存在脫硝效率最高的溫度區(qū)間。

2.2 最佳溫度窗口內(nèi)的停留時(shí)間

任何化學(xué)反應(yīng)都需要有一定的反應(yīng)時(shí)間使其得以充分進(jìn)行，所以要達(dá)到最佳的脫硝效率，還原劑必須和NOx在最佳溫度窗口內(nèi)有足夠的停留時(shí)間。還原劑在最佳溫度窗口內(nèi)的停留時(shí)間越長(zhǎng)，反應(yīng)越充分，脫硝效率越高。

2.3 還原劑與煙氣的混合度

在SNCR脫硝效率的影響因素中，還原劑和煙氣的混合度也是十分重要。在不均勻的還原劑與煙氣混合度下，NOx很難與還原劑充分接觸，從而降低了SNCR脫硝效率。在實(shí)際應(yīng)用中，爐膛出口即分離器進(jìn)口噴射的還原劑和煙氣進(jìn)行混合，通過對(duì)噴射軌跡、速度和角度的調(diào)整，可將還原劑充分霧化，以此來提升SNCR脫硝效率。

2.4 氨氮比

氨氮比是指SNCR反應(yīng)中的還原劑與NOx之間的摩爾比，該指標(biāo)主要是對(duì)投入還原劑的分量進(jìn)行衡量，其對(duì)脫硝反應(yīng)的影響主要是在改變反應(yīng)物濃度后而實(shí)現(xiàn)對(duì)其平衡的調(diào)整。通常情況下，氨氮比的合適值在1.0到2.0之間，加大氨氮比會(huì)加強(qiáng)反應(yīng)程度，提升反應(yīng)效率，但過大的氨氮比又會(huì)導(dǎo)致過大的氨逃逸而出現(xiàn)新的問題，此外，過高的氨氮比會(huì)使成本提升，加大了整體的運(yùn)行費(fèi)用，這就使得氨氮比成為了影響SNCR脫硝效率的一個(gè)重要因素，氨氮比的選擇由各自的實(shí)際情況決定。除此之外，不同的初始NOx濃度、不同的鍋爐燃料、不同的煙氣氣氛（一氧化碳和氧氣的含量）、不同的脫硝還原劑類型等都會(huì)對(duì)SNCR的最終脫硝效率產(chǎn)生影響。

3 低氮燃燒+SNCR工藝應(yīng)用

“低氮燃燒+SNCR”脫硝處理工藝是指先對(duì)鍋爐進(jìn)行低氮燃燒改造，再與SNCR脫硝工藝相組合，達(dá)到對(duì)燃煤鍋爐煙氣充分脫硝處理的目的。低氮燃燒是基于“流態(tài)重構(gòu)的節(jié)能超低排放”的理念，通過對(duì)鍋爐一、二次風(fēng)風(fēng)量配比調(diào)整：加大二次風(fēng)量，減少一次風(fēng)量，使得物料在爐膛內(nèi)部停留時(shí)間增長(zhǎng)，燃燒區(qū)形成濃、淡兩區(qū)，以及通過提高分離器效率，增加水冷屏、過熱屏，使得爐膛出口溫度控制在870～920℃，在最佳脫硝反應(yīng)溫度區(qū)間內(nèi)，從而最終減少NOx的產(chǎn)生。杭州江東富麗達(dá)熱電有限公司現(xiàn)有次高溫次高壓循環(huán)流化床燃煤鍋爐7臺(tái)（3臺(tái)75T/H，4臺(tái)130T/H），目前已經(jīng)完成一臺(tái)75T/H、一臺(tái)130T/H鍋爐的低氮燃燒改造工作。從投運(yùn)后的結(jié)果來看，BMCR工況下NOX原始排放均可以降低到130mg/Nm3以下，再輔以SNCR脫硝處理工藝，僅需少量還原劑就能完全滿足市政府的環(huán)保排放要求，大大降低了生產(chǎn)運(yùn)行費(fèi)用。因此，低氮燃燒+SNCR工藝應(yīng)用在未來火電鍋爐煙氣處理應(yīng)用中，有著廣闊的前景。

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（作者單位：浙江省杭州市大江東區(qū)杭州江東富麗達(dá)熱電有限公司）