淺談燃煤電廠SNCR煙氣脫硝改造工程技術關鍵

申海旺

（冀中能源邯鄲礦業(yè)集團有限公司河北邯鄲056000）

淺談燃煤電廠SNCR煙氣脫硝改造工程技術關鍵

申海旺

（冀中能源邯鄲礦業(yè)集團有限公司河北邯鄲056000）

隨著經濟的快速發(fā)展，燃煤量正在逐年持續(xù)增加，繼而帶來的環(huán)境污染問題也越來越嚴重，特別是近期的霧霾天氣，更是把大氣環(huán)境污染推到了風口浪尖。目前，我國的火電機組煙氣脫硝已經進入集中投運的時期，很多工程在實施過程中出現(xiàn)的問題也不斷顯現(xiàn)出來。為了解決燃煤電廠煙氣脫硝工程出現(xiàn)的問題，我對一些改造工程進行了認真分析，對配套改造的煙氣脫硝工程的關鍵技術進行分析和探討。

燃煤電廠；煙氣脫硝；改造工程；技術關鍵

在大氣污染中，最主要的就是燃煤帶來的污染。“十二五”以來，一些達標排放和總量控制的政策陸續(xù)出臺。所有法律法規(guī)、標準規(guī)范的發(fā)布實施，對減少環(huán)境污染、改善環(huán)境有著非常重要的作用，對于企業(yè)來說，環(huán)保責任和環(huán)保壓力卻是越來越大。作為一家國有企業(yè)，云寧矸石熱電有限公司肩負著踐行環(huán)境保護理念、改善大氣環(huán)境的社會責任，進行環(huán)保設施技術改造、污染物達標排放等工作必須走在前列，為此，公司成功進行鍋爐煙氣脫硝技術改造。

1　燃煤鍋爐氮氧化物產生機理

煤在燃燒過程中產生的氮氧化合物主要是NO（占90%～95%），僅有少量的NO2，近幾年發(fā)展起來的循環(huán)流化床鍋爐，由于燃燒溫度較低，還會產生一定量的N2O。NO是一種無色無味的氣體，常溫下在空氣中很容易被氧化生成NO2。煤在燃燒過程中NO的生成機理非常復雜。

大量的實驗表明，NO的生成包括一系列的平行反應與順序反應、均相反應與多相反應、自由基反應與分子反應，一般認為，NO的生成有以下三種途徑。（1）在高溫下燃燒，空氣中的N2被氧化形成NO，稱為熱力性NO。在1000℃條件下，熱力型NO高達12%，但熱力型NO的百分含量隨溫度的降低而迅速下降，大約800℃時基本為零。（2）在燃料富集區(qū)，碳氫化合物的自由基與N2碰撞迅速反應形成NO的前驅體HCN，隨后HCN氧化生成NO，成為瞬發(fā)型NO。（3）煤中的含氮化合物被氧化成NO，成為燃料型NO。燃料型NO是循環(huán)流化床鍋爐燃燒過程中NOx的主要來源，原因是燃燒溫度不太高，燃料中的氮以N-C鍵或N-H鍵的形式存在，其鍵能比氮分子中的N-N鍵能弱，更易于氧化斷裂生成NO，所以，燃料型NO比熱力型NO更易于形成。

2　煙氣脫銷常用方法

目前對于鍋爐煙氣脫硝最常用的方法是SCR（選擇性催化還原法脫硝技術）和SNCR（選擇性非催化還原法脫硝技術）兩種方法，對于氮氧化物產生濃度較高的煤粉鍋爐，為了達到較高的脫硝效率，有的機組還采用SCR+SNCR聯(lián)合脫硝工藝[1]。

2.1SCR脫硝工藝

目前國際上應用最為廣泛的煙氣脫硝技術是選擇性催化還原法脫硝技術，它是一種爐后脫硝方法,最早由日本在20世紀60～70年代后期完成商業(yè)運行。其工作原理是在催化劑的作用下，向溫度約280℃～420℃的煙氣中噴入還原劑氨水，將NOX還原成N2和H2O，達到脫除NOx的目的[2-4]。

2.2SNCR脫硝工藝

SNCR脫硝技術是將氨水、尿素等還原劑噴入爐膛內，與NOx進行選擇性反應，不用催化劑，因此必須在高溫區(qū)加入還原劑。還原劑噴入爐膛溫度為850℃～1100℃的區(qū)域，與煙氣中的NOx反應生成N2和H2O，該技術以爐膛為反應器。SNCR煙氣脫硝技術的脫硝效率一般為40%～80%，受鍋爐結構、尺寸、運行參數等影響很大。采用SNCR技術，根據當地市場環(huán)境，可選擇氨水或尿素作為還原劑。

2.3SCR與SNCR工藝優(yōu)缺點分析

SCR是一種技術成熟、脫硝效率很高（可達90%以上）的脫硝工藝，但是該方法存在一些缺點：一次性投資大、施工過程中鍋爐需停運很長時間；催化劑對煙氣成分要求較高，并且需要定期更換催化劑，運行成本較高；催化劑（屬于危險廢物的一種）失效或中毒后再生或處置非常困難；由于在鍋爐尾部煙道布置了催化劑組，增加了煙氣運行阻力，存在引風機匹配問題和運行阻力增加帶來的電耗增高的問題[5]。

SNCR技術的建設周期較短、成本較低，而且其脫硝效率適中，使得SNCR技術廣泛應用于各大火電廠的煙氣脫硝當中，尤其是針對于資金相對缺乏的發(fā)展中國家和改造中小型鍋爐的過程而言，其都非常適用。雖然利用此技術脫除的效率相對較低，而且也可能造成較高的氨氣逃逸率，但是其在改造中小型機組及老機組方面仍具有非常好的經濟效能。

3　SNCR煙氣脫硝改造工程技術關鍵和發(fā)展方向

3.1技術關鍵

SNCR脫硝效率主要取決于還原劑噴入點的煙氣溫度（即溫度窗口）、還原劑在溫度窗口內的停留時間、氨氮比、還原劑與煙氣的混合度、還原劑的種類以及初始NOx的含量等。同時，由于鍋爐本身的特性不同，SNCR系統(tǒng)的設置和工藝選擇也有差別。因此，了解SNCR的基本原理，其反應的影響因素，對于其實際應用具有重要的指導作用。

3.1.1最佳溫度（窗口溫度）

最佳溫度（窗口溫度）對于SNCR反應極其重要，因為只有在特定的溫度范圍（800℃～1200℃）內，NOx的還原反應才能夠發(fā)生。在實驗研究以及工程應用中，還原劑存在脫硝效率最高的溫度區(qū)間稱為最佳溫度窗口。

3.1.2最佳溫度窗口內的停留時間

任何化學反應都需要有一定的反應時間使其得以充分進行，所以要達到最佳的脫硝效率，還原劑必須和NOx在最佳溫度窗口內有足夠的停留時間。還原劑在最佳溫度窗口內的停留時間越長，反應越充分，脫硝效率越高。

3.1.3還原劑與煙氣的混合度

還原劑與煙氣的混合度也是影響SNCR脫硝效率的一個重要因素。如果還原劑與煙氣混合不均勻，會使得還原劑與NOx的接觸面減少，從而使得SNCR還原反應效果變差。在工程應用中，還原劑與煙氣的混合通過爐膛噴射系統(tǒng)來實現(xiàn)。噴射系統(tǒng)將還原劑霧化并控制其噴射角度、速度及軌跡，從而有效保障SNCR脫硝效率。

3.1.4氨氮比

SNCR反應中還原劑與NOx的摩爾比（簡稱氨氮比）是用來衡量所投入的還原劑相對多少的主要指標，其原理是通過改變反應物濃度的方式來影響脫硝反應的平衡。合適的氨氮比一般控制在1.0～2.0，氨氮比增加會使反應加強，效率也隨之提高，但是氨氮比過大，又會造成氨逃逸的加大，形成新的問題，同時，氨氮比過高，無形中也加大了成本投入，增加了運行費用。針對不同項目的實際情況，需要選擇合適的氨氮比，因此，氨氮比也是影響SNCR脫硝效率的重要因素。

除以上因素之外，鍋爐類型，所采用脫硝還原劑的種類，煙氣氣氛（氧量、一氧化碳濃度），鍋爐燃料的不同以及初始NOx濃度的不同等也都會對SNCR的最終脫硝效率有一定的影響。

3.2發(fā)展方向

一直以來我國煙氣脫硝技術提不上來，不僅是因為煙氣脫硝的設備老化，還因為國外掌握了高端的技術進而進行了壟斷。針對這種現(xiàn)象，我國的燃燒電廠企業(yè)應該在煙氣脫硝方面做到：

3.2.1開發(fā)脫硝技術，并且使這種技術為中國獨有。SNCR脫硝是一項投資成本很高的脫硝技術，企業(yè)應該針對國情開發(fā)適合我國的脫硝技術，降低成本。

3.2.2加強技術引進。要積極引進國外的高端技術，與此同時要加強技術研發(fā)，努力開發(fā)出獨具中國特色的、中國擁有研發(fā)權力和知識產權的脫硝技術。

4　工程實例

云寧矸石熱電有限公司是冀中能源邯鄲礦業(yè)集團第一個與民營合作的公司，是邯礦集團實踐跨行業(yè)、跨所有制經營的第一次嘗試。電廠裝機容量為2×50MW抽凝式汽輪發(fā)電機組，配套3×

220t/h循環(huán)流化床鍋爐。循環(huán)流化床鍋爐雖然存在燃燒溫度低，氮氧化物排放濃度低的優(yōu)點，但經過多年統(tǒng)計，云寧矸石熱電有限公司氮氧化物的排放濃度一般在180 mg/Nm3～300mg/Nm3左右，高于標準規(guī)定的100mg/Nm3，因此云寧電廠鍋爐煙氣進行脫硝技術改造勢在必行。進行環(huán)保技術改造，是國企必須承擔的一項社會責任，改造后可降低氮氧化物排放量，大大改善環(huán)境質量。

4.1改造中需要考慮的技術關鍵

4.1.1確定合理的脫硝工藝。通過技術對比，SCR脫硝工藝雖然具有脫硝效率高的優(yōu)點，但對于循環(huán)流化床鍋爐來說，原始NOx濃度不高，考慮一次性投資和運行費用，SNCR更適合。

4.1.2選擇合適的還原劑。采用SNCR脫硝工藝，還原劑通常為尿素或氨水，通過對鍋爐工況、脫硝效率以及運行費用進行綜合比較，確定最佳還原劑[6]。

4.2改造情況及效果

電廠鍋爐煙氣脫硝采用SNCR工藝，通過技術改造，解決了氮氧化物排放濃度較高的問題，同時與現(xiàn)行常用的工藝相比，具有以下創(chuàng)新點。

4.2.1采用單元制。多數單位使用的脫硝系統(tǒng)都是母管制，云寧電廠為提高系統(tǒng)運行穩(wěn)定、安全性，采用了單元制。

4.2.2系統(tǒng)可以采用氨水或尿素作為脫硝劑。系統(tǒng)在還原劑制備這一塊，采用冗余配置，既可以使用氨水也可以同時使用尿素，可以根據鍋爐工況以及市場上氨水和尿素供應情況，確保鍋爐脫硝效率的基礎上來選擇脫硝劑。

改造后，達到了預期脫硝效果，經環(huán)保監(jiān)測部門監(jiān)測，電廠排放濃度在100以下，具體監(jiān)測時間及數據為（該數值均為折算后排放濃度）見表1。

表1　改造后監(jiān)測時間及數據

由監(jiān)測的數據可以看出，三臺鍋爐通過技術改造，其氮氧化合物排放均達到了標準要求，也實現(xiàn)了改造的目標。

5　結語

目前我國的內燃煤電廠的SNCR煙氣脫硝技術還沒有達到國外發(fā)達國家的水平，但是通過對SNCR煙氣脫硝技術的技術進行升級和改造，鍋爐排放煙氣氮氧化物濃度大大降低了。大氣環(huán)境的污染程度減輕之后，對防治大氣環(huán)境污染起到很好地推動作用，環(huán)境污染問題也會逐漸改善。SNCR煙氣脫硝技術在還原劑使用上利用無二次污染、施工時間短的優(yōu)勢，使得煙氣中的NOX達到排放標準。環(huán)境改善之后，帶來的不僅是企業(yè)效益，更多的是社會效益，才能促進社會向又好又快的方向發(fā)展，堅定不移地走可持續(xù)發(fā)展的道路。

[1]劉銀玲.燃煤發(fā)電廠脫硝改造的分析探討[J].中國科技信息, 2013,08:34-35.

[2]黃東,朱法華,王圣.我國燃煤電廠“十二五”期間新增煙氣脫硝費用測算[J].能源技術經濟,2012,04:1-5.

[3]顧衛(wèi)榮,周明吉.火電廠煙氣脫硝國內市場分析[J].化工進展, 2012,11:2581-2585.