電站鍋爐SNCR法脫硝工藝原理分析

李智文

（陜西煤業(yè)化工集團(tuán)神木電化發(fā)展有限公司，陜西榆林719316）

1 引言

當(dāng)前，國(guó)內(nèi)火電廠鍋爐煙氣脫硝工藝絕大多數(shù)采用SCR法（選擇性催化還原法）、SNCR法（選擇性非催化還原法）和SCR法+SNCR法聯(lián)合脫硝。采用的還氧劑多數(shù)是尿素或氨水，通過(guò)溶解稀釋，配制成一定濃度的溶液，通過(guò)脫硝系統(tǒng)噴槍噴入鍋爐爐膛內(nèi)部，尿素或氨水分解生成氨氣，氨氣和煙氣中的氮氧化物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后，生成氮?dú)夂退?，從而起到降低煙氣中氮氧化物排放濃度的目的?/p>

2 電站燃煤鍋爐生成氮氧化物的原理

煤在燃燒過(guò)程中產(chǎn)生氮氧化物的途徑主要有3種，即熱力型、燃料型和快速型[1]。

熱力型氮氧化物，煤在高溫條件下燃燒，空氣中的氮?dú)夂脱鯕獍l(fā)生氧化反應(yīng)，生成氮氧化物。熱力型氮氧化物的生成主要與燃燒反應(yīng)溫度、氧氣濃度和反應(yīng)時(shí)間等因素有關(guān)。

由于空氣中的主要成分是氮?dú)?，約占大氣總量的78.08%（體積百分比）。在通常狀況下，氮?dú)馐且环N無(wú)色無(wú)味的氣體，化學(xué)性質(zhì)十分穩(wěn)定,常溫下很難與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，可以認(rèn)為是惰性氣體。如果在高溫高壓下，特別是有催化劑存在的條件下,氮?dú)夂脱鯕鈺?huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成氮氧化物。由于氮?dú)獾幕瘜W(xué)性質(zhì)不活潑，如果沒(méi)有催化劑，在溫度低于1 000℃時(shí)，很難和氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。由于循環(huán)流化床鍋爐爐膛溫度約為800～1 150℃，所以，熱力型氮氧化物的生成量很少。

快速型氮氧化物主要是指燃料中的碳?xì)浠衔镌谌剂蠞舛容^高區(qū)域燃燒時(shí)所產(chǎn)生的烴（CxHy）與空氣中的氮?dú)獍l(fā)生反應(yīng)，生成的氮氧化物。因此，快速型氮氧化物主要產(chǎn)生于碳?xì)浠衔锖枯^高、氧濃度較低的富燃料區(qū)，多發(fā)生在內(nèi)燃機(jī)的燃燒過(guò)程中，而在電站燃煤鍋爐中，生成量很少。

燃料型氮氧化物，煤在燃燒過(guò)程中，煤中含氮的化合物發(fā)生熱分解反應(yīng)，生成氮氧化物，氮化物的熱分解溫度低于煤粉燃燒溫度，在600～800℃就會(huì)發(fā)生反應(yīng)生成燃料型氮氧化物。燃料型氮氧化物占煤粉燃燒生成氮氧化物總量中的60%～80%。氮氧化物的生成和還原與燃燒溫度、氧濃度有關(guān)外還與煤的特性、煤中氮化物的存在狀態(tài)等相關(guān)[2]。

根據(jù)以上3種氮氧化物的生成機(jī)理可知，電站鍋爐燃燒過(guò)程中，煙氣中的氮氧化物主要是燃料型氮氧化物。而熱力型氮氧化物和快速型氮氧化物，產(chǎn)生量比較少。只有當(dāng)鍋爐爐膛溫度超過(guò)1 300～1 500℃以上時(shí)，熱力型氮氧化物生成量逐步提高，而且隨著溫度的升高，產(chǎn)生的量越來(lái)越高。

3 氮氧化物對(duì)人體的危害

氮氧化物主要包括N2O、NO、NO2等，除NO2之外，其余的氮氧化物很不穩(wěn)定，在光熱環(huán)境下發(fā)生相互轉(zhuǎn)化。氮氧化物一般都具備一定的毒性，不僅會(huì)危害人體健康，對(duì)環(huán)境也會(huì)造成非常嚴(yán)重的污染。首先，氮氧化物會(huì)吸收大氣層中的紫外光和可見光，與某些碳?xì)浠衔锓磻?yīng)后，生成烷基以及硝基化合物等，這些生成物混合在一起，呈現(xiàn)出煙霧的形態(tài)，稱為光化學(xué)煙霧。這種煙霧會(huì)刺激人的眼睛，影響植物的正常生長(zhǎng)，還會(huì)導(dǎo)致大氣能見度的降低，給人們的生產(chǎn)以及日常生活帶來(lái)不便。因此，有效控制廢氣中氮氧化物的排放量非常必要。

4 電站燃煤鍋爐氮氧化物的減排措施

當(dāng)前，多數(shù)電站鍋爐通常有2種：一種是煤粉爐；另一種是循環(huán)流化床鍋爐。由于煤粉爐爐膛溫度比較高，爐膛溫度一般已超過(guò)1 400℃，有利于氮?dú)夂脱鯕獍l(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致煤粉爐煙氣中的氮氧化物濃度比較高。所以，煤粉爐即使采用了脫硝工藝，也很難把煙氣中氮氧化物排放濃度控制在排放標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)。所以，多數(shù)火電廠一般會(huì)對(duì)煤粉爐通過(guò)低氮燃燒技改，降低爐膛溫度等燃燒條件，達(dá)到降低氮氧化物的產(chǎn)生量。進(jìn)而通過(guò)脫硝工藝，達(dá)到降低煙氣中氮氧化物排放濃度的目的。

而循環(huán)流化床鍋爐，爐膛溫度比較低，一般在800～1 150℃。在此條件下，煙氣中氮氧化物的主要來(lái)源是燃料型氮氧化物，這種爐型更有利于氨氣和氮氧化物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，達(dá)到脫硝目的。

SNCR法是一種通過(guò)向鍋爐燃燒氣體中噴入配置好的尿素溶液或氨水等其他藥劑，尿素在高溫狀態(tài)下發(fā)生烈解反應(yīng)，生成氨氣。氨氣和氮氧化物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成氮?dú)夂退?，達(dá)到降低煙氣中氮氧化物排放的目的。下面，主要針對(duì)循環(huán)流化床鍋爐SNCR法脫硝工藝進(jìn)行分析。

把配制好的尿素[CO（NH2）2]溶液，通過(guò)脫硝系統(tǒng)噴入鍋爐爐膛（溫度范圍為800～1 150℃）。尿素在高溫下發(fā)生分解反應(yīng)：CO（NH2）2→2NH3+HNCO，生成還原劑氨氣。氨氣有“有選擇性”地與煙氣中的氮氧化物發(fā)生反應(yīng)生成無(wú)毒、無(wú)污染的N2和H2O。其化學(xué)反應(yīng)方程式為：

但是氨氣和氮氧化物發(fā)生反應(yīng)和溫度有極大的關(guān)系，當(dāng)環(huán)境溫度低于800℃時(shí)，氨氣和氮氧化物發(fā)生反應(yīng)的效率明顯降低，導(dǎo)致煙氣中的氮氧化物排放濃度升高。同時(shí)，由于氨氣反應(yīng)不完全，部分氨氣會(huì)在煙氣中排出，這就是我們常說(shuō)的氨逃逸。

如果鍋爐爐膛溫度超過(guò)1 200℃時(shí)，氨氣和氧氣發(fā)生氧化反應(yīng)生成氮氧化物，4NH3+5O2=4NO+6H2O。同時(shí)，有利于爐膛中的氮?dú)夂脱鯕獍l(fā)生氧化反應(yīng)，生成的氮氧化物。當(dāng)溫度超過(guò)1 300～1 500℃時(shí)，氮?dú)夂脱鯕饧铀侔l(fā)生氧化反應(yīng)，生成氮氧化物，抵消了氨氣的脫硝效果，煙氣中氮氧化物排放濃度會(huì)大大提升。所以，鍋爐煙氣脫硝效率和環(huán)境溫度有著密切的關(guān)系。溫度過(guò)高或過(guò)低都會(huì)導(dǎo)致氮氧化物脫除率下降。

所以，為了提高脫硝效率，降低煙氣中氮氧化物的排放濃度。運(yùn)行人員必須要加強(qiáng)鍋爐燃燒工況調(diào)整，確保氨氣在鍋爐最佳溫度下和氮氧化物發(fā)生反應(yīng)，達(dá)到最佳脫硝工況。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，電力能源的作用更加突出，火電廠鍋爐煙氣中氮氧化物等污染物排放量的增多，對(duì)環(huán)境污染帶來(lái)了比較嚴(yán)重的影響。因此，火電廠必須做好煙氣脫硝工作，減少煙氣中氮氧化物的排放量，可以有效緩解環(huán)境的壓力，減少對(duì)環(huán)境的破壞。