第二節(jié)　SNCR煙氣脫硝系統(tǒng)

一、SNCR還原劑

（一）還原劑的選擇

用于SNCR脫硝工藝中常使用的還原劑有尿素、液氨和氨水。若還原劑使用液氨，則優(yōu)點是脫硝系統(tǒng)儲罐容積可以較小，還原劑價格也最便宜；缺點是氨氣有毒、可燃、可爆，儲存的安全防護要求高，需要經(jīng)相關(guān)消防安全部門審批才能大量儲存、使用；另外，輸送管道也需特別處理；需要配合能量很高的輸送氣才能取得一定的穿透效果，一般應用在尺寸較小的鍋爐或焚燒爐。若還原劑使用氨水，氨水有惡臭，揮發(fā)性和腐蝕性強，有一定的操作安全要求，但儲存、處理比液氨簡單；由于含有大量的稀釋水，儲存、輸送系統(tǒng)比氨系統(tǒng)要復雜；噴射剛性，穿透能力比氨氣噴射好，但揮發(fā)性仍然比尿素溶液大，應用在墻式噴射器的時候仍然難以深入到大型爐膛的深部，因此一般應用在中小型鍋爐上。還原劑采用尿素，尿素不易燃燒和爆炸，無色無味，運輸、儲存、使用比較簡單安全；揮發(fā)性比氨水小，在爐膛中的穿透性好；效果相對較好，脫硝效率高，適合于大型鍋爐設備的SNCR脫硝工藝。近年來，以尿素為還原劑的SNCR裝置在火電廠中有較多的應用。

（二）溫度的影響和噴入點的選擇

在不同溫度下，采用SNCR技術(shù)的NO_x脫除效率如圖3-13所示（分別以氨和尿素作為還原劑進行比較）。尿素的選擇性非催化還原的最佳溫度是900～1100℃。

反應溫度是影響SNCR過程的主要因素，溫度過高或過低都不利于控制污染物的排放。當溫度過高時，NH₃的氧化反應就會占主要地位，尿素溶液分解出來的氨沒有還原NO_x，反而和氧反應生成NO_x；當溫度較低時，反應速率下降，還原劑未反應而是直接穿過鍋爐造成氨穿透。由于爐內(nèi)的溫度分布受到負荷、煤種等多種因素的影響，溫度窗口隨著鍋爐負荷的變化而變動。因此，要求噴入點能隨鍋爐負荷等因素的變化而變化。

（三）合適的停留時間

任何化學反應都需要時間，還原劑必須和NO_x在合適的溫度區(qū)域內(nèi)有足夠的停留時間，這樣才能保證煙氣中的NO_x還原率。還原劑在最佳溫度窗口的停留時間越長，脫除NO_x的效果則越好。NH₃的停留時間超過1s可以達到最佳NO_x脫除率。尿素需要0.3～0.4s的停留時間才能達到有效脫除NO_x的效果。

二、SNCR脫硝系統(tǒng)組成

以采用尿素為還原劑的SNCR系統(tǒng)為例，典型的SNCR脫硝系統(tǒng)主要包括尿素存儲系統(tǒng)、尿素溶液配制系統(tǒng)、尿素溶液儲存系統(tǒng)、溶液噴射系統(tǒng)和自動控制系統(tǒng)。尿素溶液配制系統(tǒng)實現(xiàn)尿素儲存、溶液配制和溶液儲存的功能，然后由在線稀釋系統(tǒng)根據(jù)鍋爐運行情況和排放情況在線稀釋成所需的濃度，送入噴射系統(tǒng)。噴射系統(tǒng)實現(xiàn)各噴射層的尿素溶液分配、霧化和計量。

1.尿素供應站

尿素存儲系統(tǒng)、尿素溶液配制系統(tǒng)和尿素溶液儲存系統(tǒng)集中布置，共同組成尿素供應站。尿素供應站主要設備包括干尿素儲倉、計量倉、螺旋輸送機、配液池、尿素溶液儲罐、尿素溶液輸送泵和水加壓泵。在尿素供應站內(nèi)，完成尿素儲存、尿素溶液配制的任務，泵送到爐前噴射系統(tǒng)。

2.爐前噴射系統(tǒng)

爐前噴射系統(tǒng)由N層噴射層組成，每層由M個噴射器組成。N層噴射層布置在爐窯適當?shù)奈恢?，以適應爐窯煙氣溫度變化，使尿素溶液在最佳反應溫度窗口噴入爐窯內(nèi)。每層噴射層都設有總閥門控制本噴射層是否投運，不投運的噴射槍則由氣動推進器帶動退出爐窯膛避免高溫受熱。各噴射層的尿素管道和霧化蒸汽管道上均設有調(diào)節(jié)閥門，控制噴射層的流量。

3.自動控制系統(tǒng)

自動控制系統(tǒng)采用獨立的可編程序控制器（PLC），系統(tǒng)單獨設置1臺工程師站（兼操作員站），預留OPC通信接口與電廠集散控制系統(tǒng)（DCS）通信，系統(tǒng)設有必要的報表、查詢和報警等功能?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)采集的相關(guān)信號，控制、調(diào)節(jié)主要設備運行情況和噴槍運行情況，實現(xiàn)高效脫硝。

三、SNCR脫硝系統(tǒng)生產(chǎn)流程

SNCR脫硝系統(tǒng)工藝流程見圖3-14。

1.溶液配制

把固態(tài)尿素人工倒入配料池，打開進水電動開關(guān)閥，根據(jù)配料池液位信號控制注入配料池的水量，當配料池中溶液液位達到指定位置時，關(guān)閉進水氣動開關(guān)閥，水溫保持在70℃左右，保證尿素的最佳溶解。開啟配料池攪拌電機，使尿素溶液充分溶解。配制成尿素溶液儲存待用。配料池起到了尿素溶液配制和儲存的作用。

2.尿素溶液的輸送

開啟配料池出液開關(guān)閥，尿素溶液經(jīng)過尿素供料泵提升壓力，與提升壓力后稀釋水混合，配制成的尿素溶液噴入爐內(nèi)。尿素溶液的調(diào)節(jié)閥根據(jù)尿素溶液在與稀釋水混合前的壓力來調(diào)節(jié)開度，起到控制尿素溶液在混合前的壓力和流量的作用。根據(jù)實際情況調(diào)節(jié)尿素溶液調(diào)節(jié)閥和稀釋水調(diào)節(jié)閥，控制混合的尿素溶液的流量和壓力及稀釋水的流量和壓力，配制成所需濃度的尿素溶液，通過尿素管道送到爐前，通過噴槍噴入爐內(nèi)。

尿素溶液的噴射量，根據(jù)鍋爐運行情況和煙氣中NO_x量多少而定，工藝過程中設有多組分煙氣在線監(jiān)測裝置，以確保尿素溶液用量的經(jīng)濟性。尿素溶液存放在尿素溶液儲罐內(nèi)，投放量由自動調(diào)節(jié)裝置控制。

四、SNCR脫硝技術(shù)創(chuàng)新

（一）SNCR脫硝技術(shù)主要創(chuàng)新點

1.SNCR反應機理，噴入點溫度窗口選擇

SNCR反應控制在很窄的煙氣溫度范圍對應的爐膛或煙道位置進行。脫硝還原劑為氨時，反應溫度窗口為850～1050℃，尿素還原劑反應溫度窗口為900～1100℃，若反應脫離這個溫度窗口進行，反應溫度過高，會導致氨的分解并氧化成NO_x，還原效率大大降低；反應溫度過低，則會導致氧化還原反應速率降低，氨的逃逸率增加，同時氨是有毒的化學物質(zhì)，氨的逃逸又會造成新的環(huán)境污染。

通過對鍋爐上的SNCR性能進行真實的估計，在實驗室模擬實驗的基礎上，項目研究針對不同型號、噸位鍋爐及水泥生產(chǎn)線的工藝進行了溫度窗口的選取確定，建立簡單的定量描述SNCR脫硝反應的模型，結(jié)合現(xiàn)場工藝確定噴入點，建立了溫度窗口選擇數(shù)據(jù)庫。在不同鍋爐、窯爐獨特精準的噴入點溫度窗口位置選擇，使脫硝率顯著。

2.SNCR噴射系統(tǒng)及噴槍研究設計

霧化噴射系統(tǒng)采用原煙氣熱量預先霧化氨水溶液或尿素溶液，然后加溫汽化；最后增壓噴入煙氣脫硝反應區(qū)內(nèi)，使其與煙氣充分混合并接觸反應。其高溫汽化采用單段或分段增溫的方式均可，采用分段逐步增溫的方式進行汽化時溫度更為均勻穩(wěn)定。采用獨特結(jié)構(gòu)的還原劑噴槍預先霧化系統(tǒng)，優(yōu)化分布、控制。能夠使還原劑與煙氣充分混合并接觸反應。霧化循環(huán)利用原煙氣熱量對被霧化的氨水溶液或尿素溶液進行高溫汽化，實現(xiàn)環(huán)保節(jié)能高效。

3.干法水泥生產(chǎn)線脫硝技術(shù)研究

在研究SNCR工藝所需噴射器的總體特性、霧化角度、噴射速度、霧化粒徑的基礎之上，針對現(xiàn)有SNCR脫硝技術(shù)中使用的還原劑霧化噴槍的不足，研究出了“用于SNCR脫硝工藝的內(nèi)混式還原劑霧化噴槍”，結(jié)構(gòu)見圖3-15。此應用于干法水泥生產(chǎn)線的自動吹掃清理內(nèi)混式還原劑霧化噴槍消除了堵灰，延長了噴槍壽命，氣耗率更低，方便噴槍維修。

（二）SNCR脫硝技術(shù)創(chuàng)新的優(yōu)點

①傳統(tǒng)SNCR脫硝效率為30%～50%，此技術(shù)提升脫硝效果至60%～70%，最高可達75%。開發(fā)了該類鍋爐專用耐磨、防腐噴槍，解決了流化床鍋爐SNCR脫硝過程中的小流量還原劑射流與大流量煙氣的混合、鍋爐不同運行工況下氮氧化物排放濃度和氨逃逸的控制問題。

②采用原煙氣熱量對常溫氨水溶液或尿素溶液進行預先霧化，實現(xiàn)環(huán)保節(jié)能高效。

③自動吹掃清理的內(nèi)混式還原劑霧化噴槍，消除了套管與槍體之間積、堵灰，避免噴槍因積灰而推進退出受阻，延長了噴槍的使用壽命，方便了后期噴槍的維護檢修。