SNCR脫硝技術及設備綜述

閆志海，柴 彬，陳 磊，葛 硯，魏少華，唐 濱

(1. 天津渤海環保工程有限公司 天津300304；2. 溧陽市萬遠電力建設工程有限公司 江蘇溧陽213300；3. 天津賽瑞機械設備有限公司 天津300301)

科技評論

SNCR脫硝技術及設備綜述

閆志海1，柴 彬1，陳 磊1，葛 硯1，魏少華2，唐 濱3

(1. 天津渤海環保工程有限公司 天津300304；2. 溧陽市萬遠電力建設工程有限公司 江蘇溧陽213300；3. 天津賽瑞機械設備有限公司 天津300301)

闡述了SNCR煙氣脫硝的概念、基本原理與工藝流程，并對氨水法脫硝技術及設備進行了介紹，主要對脫硝系統的各單元設備進行了綜述。分別介紹了氨水加注單元、氨水存儲單元、氨水輸送泵撬、軟水存儲及輸送單元、計量混合與噴射單元以及控制系統的詳細配置，包括各單元內部的各種設備以及熱控儀表、閥門組件、系統運行時的工藝流程。對熱控儀表與設備之間的邏輯控制順序給予說明，同時對控制系統的PLC與中控室DCS之間的通訊方式與協議進行闡述，介紹了氨水法脫硝系統在運行時應采取的安全措施。

脫硝 氨水 除鹽水

0 引 言

選擇性非催化還原(SNCR，英文名稱Selective Non-Catalytic Reduction)是指在沒有催化劑的作用下，在高溫區域內噴入還原劑將煙氣中的NOx還原為N2以及H2O。一般情況下，該技術選用在爐膛內噴入氨水或尿素溶液(與軟水或除鹽水混合)作為還原劑而不使用催化劑，但必須在高溫區噴入還原劑，并噴射在爐膛溫度為850～1,100,℃的區域，還原劑迅速熱分解成NH3與煙氣中的NOx反應生成N2和H2O。本文將以氨水作為還原劑探討垃圾焚燒發電行業中煙氣脫硝處理工藝及設備配置。

1 SNCR脫硝技術的原理

SNCR脫硝是指還原劑和氮氧化合物在850～1,100,℃高溫區域下進行的化學反應，主要化學反應化學方程式為：

反應效率主要取決于反應溫度以及還原劑的注入位置，還原劑的注入一般選取噴槍霧化的形式，而噴槍應均勻布置在高溫區域的橫截面。爐膛溫度區域對反應效率影響很大，其安裝位置則影響到運行成本與氨逃逸(一般要求＜8 mg/Nm3)。

2 SNCR系統工藝介紹

氨水法脫硝技術成套設備包括氨水加注單元、氨水存儲單元以及輸送泵撬、軟水存儲單元、計量混合與噴射單元以及控制系統等。氨水法脫硝技術的工藝流程簡圖如圖1所示：

圖1 脫硝系統(氨水法)工藝流程簡圖Fig.1 Denitration system(ammonia) process

2.1 氨水加注單位

氨水加注單元用于將氨水(濃度一般不超過20%,)從運輸罐車上輸送到氨水存儲罐中，整個脫硝系統共用1套氨水加注系統，該系統主要由1臺氨水加注泵和儀表、閥門、管道等組成，就地操作完成加注過程。

氨水加注時，由人工將罐車自帶的加注軟管接口與加注泵入口管道的快速接頭相連，并將氨水存儲罐的排氣管道與罐車相連(為了將加注時的多余壓力釋放)。當氨水加注到儲罐的高液位時，液位檢測儀表自動發送報警信號，由PLC發出指令將加注泵停止，同時將加注泵入口的氣動閥門關閉并提醒本次加注氨水完畢。當氨水存儲罐的還原劑消耗到低液位時，則發出低液位報警信號，提示需加注氨水。

開始加注氨水時，加注管道與排氣管道的閥門將自動打開，而加注泵可自動(或手動)運行。氨水存儲罐配備有溢流保護開關，當溢流保護裝置發出報警信號時，氨水加注泵會自動停止(或按下急停按鈕)。氨水存儲罐和泵撬安裝于水泥基礎上，罐內最大運行壓力不可超過限值。在罐頂安裝呼吸閥組保持管內壓力平衡，罐頂安裝有壓力變送器對罐內壓力監測以保證運行安全。本單元的設備啟停可在就地控制箱操作完成，而當出現高液位或溢流報警時則由程序控制停止氨水加注。

2.2 氨水存儲單元

氨水法脫硝技術系統設備中的存儲罐內存儲約20%,濃度的氨水(氨水屬于危險化學品，運輸車輛必須滿足危險貨物運輸規則)，整套脫硝系統共用1套氨水存儲單元，該系統由1套雙層SUS304材質的存儲罐、相應的熱控儀表及閥門組件、管道等組成。控制系統將依據液位指示、壓力變送、溫度變送等信號自動完成相應的設備控制。

當罐體內液位達到高位時，由PLC發出停止加注的指令，當低液位時則發出投料提示。罐體液位設置了低低液位報警，當檢測到此信號時則停止運行氨水輸送泵。成套系統在不同區域設置了氨氣泄漏聲光報警儀表，比如氨水存儲罐頂部、氨水輸送泵撬、計量混合單元以及噴槍附近。在任何地方檢測到泄漏的氨氣，控制系統將立即停止脫硝系統。氨水的液位在PLC柜的觸摸屏畫面以及中控室的DCS畫面均能顯示并監測。

儲罐配有SUS304材質的矩形管爬梯(帶圓形護籠)，頂部設有維修平臺。考慮到人身安全，在罐區附近配備緊急噴淋裝置(洗眼器)。

2.3 氨水輸送泵撬

氨水輸送泵撬將存儲罐內的氨水輸送到計量混合單元。成套脫硝系統共用一套氨水輸送泵撬，主要由2臺輸送泵、流量儀表和管道、閥門等組成。

壓力變送器發出高、低壓信號，控制系統將通過壓力控制閥對輸送泵的流量進行調節，并監控壓力值。泵的工作狀態(運行或停止)以及泵的進口、出口閥門狀態(打開或關閉)信號將發送至控制系統。輸送泵(1用1備)啟動后向計量混合單元輸送氨水，泵的出口均設置壓力變送器以監測壓力，可實現泵的就地或遠程(手動或自動)控制。

2.4 軟水存儲單元

該單元的作用是存儲由軟水設備制備而得的軟水(或直接使用廠區自有的除鹽水/軟化水)，并通過泵撬輸送至計量混合單元與氨水進行混合并稀釋20%,濃度的氨水。整套脫硝系統共用1套軟水存儲系統，主要由1套軟水儲罐、2臺軟水輸送泵、熱控儀表和管道、閥門等組成。受控設備可實現就地或遠程(手動或自動)操作，并向控制系統發送狀態信號。當儲罐的高液位信號出現時則停止軟水設備的運行，低液位信號出現時則運行軟水設備。當低低液位報警時則停止輸送泵進行設備檢查。

2.5 計量混合單元

該單元的作用是將氨水和軟水進行混合并輸送至噴槍，每臺焚燒爐使用1套計量混合單元，主要由氣動調節閥、電磁流量計、閥門組件、靜態混合器以及熱控儀表燈組成。流量計將監測氨水與軟水的實際流量并發送信號至PLC設備，同時在DCS系統顯示流量值。測量或控制設備以及系統運行所需的閥門均安裝于密封良好的柜內便于搬運與安裝，一般設置在圾焚燒爐前墻附近的平臺上。

氮氧化物達標排放所需的氨水與軟水的量由氣動調節閥自動控制完成，混合液由可調節的轉子流量計分配到每根噴槍，并由壓力變送器輔助控制。

2.6 噴射單元

該單元由霧化空氣、冷卻風以及噴槍設備組成，完成向爐膛高溫區域噴射混合液以及噴槍的冷卻。混合液與煙氣中的NOx發生化學反應脫除超標的氮氧化物而達標排放。另外，增設過濾器可防止初期運行時的雜物堵塞噴嘴。

廠區自備的CEMS(煙氣在線監測系統)檢測到的NOx值以及NH3值、爐膛溫度信號均傳送至控制系統的PLC設備。程序將根據排放的NOx值區間而選擇性調整氨水以及軟水管路中氣動調節閥的開度，從而調整了混合液的濃度與流量。氣動閥的開度值信號將反饋至控制系統。當噴槍出現堵塞時，轉子流量計將發出報警信號并在畫面閃爍顯示。

噴槍的布置位置在初步設計時可由CFD(流體力學技術)軟件分析，但開孔(或預留)之前應與鍋爐制造廠家技術交流并根據運行工況而定。噴槍在工作時應保證混合液盡量覆蓋整個爐膛的截面，可在反應速率較高的溫度區域布置兩層。

2.7 控制系統

氨氣泄漏檢測裝置分別安裝在氨水存儲區域、輸送泵撬以及計量混合柜。當檢測到高濃度(未達到能造成安全事故)的氨氣時由檢測儀表發出報警信號并停止整套脫硝系統。

CEMS系統監測的NOx值、爐膛溫度值會發送至PLC設備，程序將根據該值信息自動調整氣動調節閥的開度，從而改變氨水與軟水(或除鹽水)混合濃度與噴射量，但不應實時調整調節閥(縮短設備的使用壽命)，應該根據NOx排放值與設定的達標排放的NOx值進行比較(由程序算法完成)后階梯性進行調整。由中控室DCS系統提供并顯示的脫硝系統運行信號有煙囪出口的NOx值、NH3值、噴槍安裝位置的爐膛溫度以及各設備的運行狀態。

控制系統配備有PLC柜與動力柜，PLC設備可直接與DCS進行通信并收發指令。現場受控設備的操作(氣動或停止等)可由PLC柜面板上的觸摸屏完成，畫面有編輯、制圖工藝流程以及受控設備的運行狀態、操作按鈕圖框，主要的參數可傳送至DCS系統并在終端顯示準確。受控設備旁應設置就地控制箱，并實現就地/遠程控制的切換，以及運行或停止(打開或關閉)的操作，設置帶指示燈的按鈕。

脫硝系統在正常運行時處于自動模式，也可切換至手動模式(即通過操作面板控制)，并可通過以太網連接進行遠程控制、監測。控制系統可準確計算還原劑用量，并控制相關設備以實現系統全自動運行。

3 結 論

降低煙氣中氮氧化物排放的處理工藝有多種，技術方案的選擇應根據具體的工況條件而定。在我國空氣污染持續嚴重的現況下，環境保護部與國家質檢總局共同發布了新的《生活垃圾焚燒污染控制標準》，進一步提高了污染控制要求。2014年7月1日起，新建生活垃圾焚燒爐需執行新標準的污染物濃度限值。在此背景下，已建成的垃圾焚燒電廠必將面臨著改造需要，以SNCR為代表的煙氣脫硝技術將有較為廣闊的發展前景。

［1］ 蔣文舉. 煙氣脫硫脫硝技術手冊[M]. 北京：化學工業出版社，2006：399-400.

［2］ 白良成. 生活垃圾焚燒處理工程技術[M]. 北京：中國建筑工業出版社，2009：305-306.

［3］ 閆志海，趙昕哲，董珂，等. 垃圾焚燒發電廠煙氣凈化技術方案的選擇[J]. 節能與環保，2008(5)：24-26.

［4］ 鄒金生，王志強. 選擇性非催化還原煙氣脫硝技術在垃圾焚燒發電廠的應用[J]. 華電技術，2012，34(5)：71-73.

Description of SNCR Denitration Technology and Equipment

YAN Zhihai1，CHAI Bin1，CHEN Lei1，GE Yan1，WEI Shaohua2，TANG Bin3
(1.Tianjin Bohai Environmental Protection Engineering Co.，Ltd.，Tianjin 300304，China；2.Liyang Wanyuan Power Construction Engineering Co.，Ltd.，Liyang 213300，Jiangsu Province，China；3.Tianjin Sairui Machinery Equipment Co.，Ltd.，Tianjin 300301，China)

This paper expounds the concept，basic principle and technological process of SNCR flue gas denitration，introduces ammonia denitration technology and equipment and reviews the main units of denitration system equipment.Detailed configurations of ammonia charging unit，ammonia storage unit，ammonia pump lever，soft water storage and transportation unit，mixing and injection unit of measurement and control system were described，including internal units of various equipment and thermal control instrument，valve components and operation process.The logic control order between thermal control meters and equipment was given，communication mode and protocol between the PLC of control system and DCS of central control room were described and security measures during the operation of ammonia denitration system was presented.

denitration；ammonia；desalted water

X511

：A

：1006-8945(2016)09-0028-03

2016-08-08