選擇性非催化還原煙氣脫硝技術在流化床鍋爐上應用的探討

李仁剛，雷達

(南京龍源環保公司，江蘇南京 210012)

選擇性非催化還原煙氣脫硝技術在流化床鍋爐上應用的探討

李仁剛，雷達

(南京龍源環保公司，江蘇南京 210012)

對選擇性非催化還原(SNCR)煙氣脫硝技術與選擇性催化還原(SCR)煙氣脫硝技術在流化床鍋爐上應用的適應性進行了對比分析。分析結果顯示，相對于SCR技術，SNCR技術更適于流化床鍋爐，指出了SNCR技術在流化床鍋爐上應用存在的問題，N2O難以去除。

脫硝;選擇性非催化還原;流化床

0 引言

選擇性非催化還原(SNCR)煙氣脫硝技術是一種主流的商用煙氣脫硝技術。相對于選擇催化還原(SCR)技術，SNCR煙氣脫硝技術具有投資省，占地少，工期短，便于維護等優點。但SNCR工藝的脫硝效率較低，對于大型電廠的煤粉鍋爐，SNCR的脫硝效率通常為30%～60%。單獨采用SNCR煙氣脫硝技術很難滿足排放標準中對煤粉爐NOx排放限值為100mg/m3的要求。

流行化床鍋爐技術是一項近十幾年來迅速發展的高效低污染清潔燃燒枝術，已在電站鍋爐、工業鍋爐和廢棄物處理利用等領域得到廣泛應用。流化床鍋爐具有NOx排放濃度低，爐內結構適于SNCR技術等特點，流化床鍋爐的SNCR系統脫硝效率可達50% ～70%［1］。基本可以滿足標準中“一般地區的排放限值為200mg/m3，重點地區的排放限值為100mg/m3。”的環保要求［2］。

1 SNCR原理與工藝

SNCR技術是在不采用催化劑的情況下將NH3或尿素等還原劑噴入爐內800℃～1100℃的區域，讓還原劑與NOx進行化學反應。NH3或尿素為還原劑時，SNCR化學反應方程式如下:

SNCR煙氣脫硝技術工藝流程見圖1。SNCR工藝首先將還原劑兌制成水溶液，而后利用噴槍將還原劑溶液噴入爐膛內溫度合適的區域［3］，還原劑在爐內迅速分解，選擇性地把煙氣中NOx還原為N2和H2O，從而達到脫除NOx目的。

圖1 SNCR煙氣脫硝工藝流程示意

2 適應性分析

2.1 SNCR技術對于流化床鍋爐的優勢

相對于煤粉爐，SNCR技術在流化床鍋爐上應用具有NOx初始排放濃度不高、反應時間長、還原劑與煙氣混合效果好等優勢。

(1)流化床鍋爐的NOx初始排放濃度不高。流化床鍋爐的爐內溫度不高，通常為800～950℃。燃燒溫度低使得熱力型NOx與燃料型NOx大量減少。流化床鍋爐的初始 NOx濃度一般為100～500mg/m3。雖然SNCR的脫硝效率不高，但流化床鍋爐的初始排放濃度低使得單獨采用SNCR技術滿足環保法規中對最終排放的要求成為可能。

(2)流化床鍋爐的運行方式及物理結構為SNCR反應提供了較長的反應時間。反應時間越長，則SNCR脫硝效率越高。流化床鍋爐的爐內溫度與SNCR反應溫度相吻合，流化床鍋爐的爐內溫度為800～950℃，SNCR反應溫度850～1100℃。相對于煤粉爐，流化床鍋爐的爐膛內缺少高溫區，具有SNCR反應溫度的煙道更多，且煙氣在煙道中流動，煙道的增多意味著反應時間的增長。另外，煙氣在旋風筒分離器內的停留時間較長。SNCR還原劑的噴射點在旋風筒分離器前部，因此SNCR反應時間增加了。

(3)流化床鍋爐內還原劑與煙氣的混合效果好。SNCR技術應用于大型煤粉鍋爐時，脫硝效率不高的一個重要原因是NOx與還原劑混合不均勻。加強還原劑與煙氣的混合可讓還原劑與NOx接觸得更加充分，提高脫硝效率。流化床鍋爐內混合效果好主要體現在兩個方面:一是煙氣在旋風筒分離器內大尺度的混合;二是流化床鍋爐通常容量較小。在較小的鍋爐上，還原劑的噴入可更好地被控制，易實現還原劑與煙氣的混合。

上述(2)、(3)兩條可使SNCR脫硝效率升高至50%～70%，結上所述，對于NOx初始排放濃度在330mg/m3以下的流化床鍋爐，單獨采用SNCR技術，可滿足NOx排放濃度降至100mg/m3以下的環保要求;對于NOx初始排放濃度在660mg/m3以下的流化床鍋爐，單獨采用SNCR技術，可滿足NOx排放濃度降至200mg/m3以下的環保要求。

2.2 SCR技術對于流化床鍋爐的劣勢

相對于煤粉爐，SCR技術在流化床鍋爐上應用是有劣勢的。流化床鍋爐通常燃燒劣質燃料，如煤矸石、生物質、甚至固體廢棄物等。煙氣中不但灰分很大，而且成分復雜。這類煙氣會給電站SCR系統的釩鈦整體催化劑帶來極大的負面影響，進而導致SCR系統的性能全面下降。流化床鍋爐煙氣對SCR系統催化劑的負面影響表現在以下兩個方面［4］:一是高粉塵煙氣加速催化劑的物理劣化。高粉塵煙氣加大整體催化劑的磨損，同時使整體催化劑阻塞的概率上升;二是化學成分復雜的煙氣加速催化劑的化學劣化。煙氣中的堿金屬、堿土金屬、砷、硫氧化物都會使釩鈦催化劑中毒［5］。

通過以上SNCR技術與SCR技術對于流化床鍋爐的適應性對比可知，在流化床鍋爐上采用SNCR技術是合適的，基本可以達到目前環保法規的要求。同時考慮到SNCR比SCR系統便宜許多，SNCR技術在流化床鍋爐上的優勢是明顯的。

3 結語

流化床鍋爐出口約有142～425mg/m3的N2O，N2O是“京都議定書”規定的6種溫室氣體之一，兼有溫室效應與臭氧層破壞的作用。目前，無論SCR技術還是SNCR技術都無法對N2O的減排起作用，N2O的減排需用其他的專用方法。SNCR技術適于在流化床鍋爐上應用。對于NOx初始排放濃度在330mg/m3以下的流化床鍋爐，單獨采用SNCR技術，可滿足NOx排放濃度降至100mg/m3以下的環保要求;對于NOx初始排放濃度在660mg/m3以下的流化床鍋爐，單獨采用SNCR技術，可滿足NOx排放濃度降至200mg/m3以下的環保要求。

［1］Lawrence Drbal.Power plant engineering［M］.Spinger，1996.

［2］GB 13223－2011，火電廠大氣污染物排放標準［S］.

［3］盧志民.SNCR反應機理及混合特性研究［D］.杭州:浙江大學，2006.

［4］雷達.電站選擇性催化還原煙氣脫硝系統的數值模擬與試驗研究［D］.南京:東南大學，2010.

［5］新井紀男.燃燒生成物的發生與抑制技術［M］.北京:科學出版社，2001.

Exploration on application of Selective Non－Catalytic Reduction denitrification technique in circulating fluidized bed boiler

The adaptability between Selective Non－Catalytic Reduction(SNCR)denitrification technique and Selective Catalytic Reduction(SCR)denitrification technique on circulating fluidized bed(CFB)boiler is analyzed.The results indicate that SNCR technique is more suitable for CFB boiler than SCR technique.Subsequently，the deficiency of SNCR technique applied in CFB boiler that N2O is hard to be eliminated is described.

denitrification;Selective Non－Catalytic Reduction;circulating fluidized bed

X701.7

B

1674－8069(2012)02－040－02

2011-12-20;

2011-03-17

李仁剛(1967-)，男，江蘇張家港人，高級工程師，主要從事火電廠脫硫、脫硝及布袋除塵器的設計、咨詢及研究工作。E－mail:rengangli@vip.163.com