SNCR脫硝技術在燃煤電廠的應用探討

汪平標

摘 要：本文介紹了電廠脫硝技術選擇性非催化還原法的基本原理和工藝，并將其與選擇性催化還原法從原理、優缺點進行對比，分析影響該技術實施工程技術關鍵，并對其配合低氮燃燒技術的配合應用進行探討，以此為燃煤電廠的脫硝工藝提供相關參考。

關鍵詞：SNCR；SNR；脫硝原理

NOx的排放是造成大氣污染的主要原因之一。隨著國家環保形勢的日益嚴格，控制燃煤鍋爐NOx排放勢在必行。根據杭州市相關要求，NOx排放限值為50mg/m3以下（標態），顯然以往依靠單純的燃燒調整手段已不能滿足排放標準要求，必須加以輔助手段控制NOx的排放，SNCR（SelectiveNon-CatalyticReduction）是一種無需催化劑的脫硝方式。由于不需要催化劑，為得到較強的化學反應活性，SNCR技術使用的還原劑為氨或尿素等氨基選擇性地還原，所需要的爐膛出口溫度在850～950℃之間（最佳反應溫度區間），才能獲得較高的反應活性，而且此技術對煙氣中NOx的還原是有選擇性的。一般情況下，有催化劑的SNCR脫硝技術的效率可達到80%以上，是SNCR的脫硝技術的兩倍，這是因為大型鍋爐尺寸較大，使得爐膛內的還原劑較難混合均勻。但是，由于SNCR脫硝技術存在以下優點：如投資少、改造方便、可與多種脫硝技術搭配使用等，所以此技術在燃煤電廠的脫硝改造上應用廣泛。

1 鍋爐脫硝工藝原理

1.1 NOx生成機理

在煤燃燒過程中，NOx形成的主要途徑有兩條：一是煤中由成煤植物的蛋白質轉化而來的有機氮化物在高溫火焰中發生熱分解，并進一步氧化而生成NOx；二是供燃燒用空氣中的氮氣在高溫狀態與氧發生化合反應而生成NOx。

NOx可分3種類型：熱力型、燃料型和快速型。

熱力型NOx：在高溫環境下，由燃燒用空氣中的氮氧化而生成的NOx。溫度對熱力型NOx生成速度的影響呈指數函數關系，在1350℃以下時，熱力型NOx的生成量是很少的，但隨著溫度的升高，NOx生成量迅速增加，當溫度達到1600℃時，熱力型NOx的生成量可占爐內NOx生成總量的20%～30%；對于循環流化床鍋爐，其爐內燃燒溫度一般在800～1000℃，熱力型NOx的生成量很小。

燃料型NOx：燃料中含有的氮化物在燃燒過程中發生熱分解，并進一步氧化生成NOx，同時，還存在著NO的還原反應。在煤粉爐中，煤在燃燒時產生的NOx總量中60%～70%是來自燃料型NOx。

快速型NOx：通過燃料產生CH原子團撞擊N2分子，生成CN類化合物，再進一步氧化成NO。與熱力型NOx、燃料型NOx生成量相比，它的生成量要少得多。循環流化床鍋爐的NOx排放比傳統煤粉爐要低很多。主要是由于循環流化床的床溫低，熱力型NOx生成量很小，同時循環流化床采用了分級燃燒也有效降低了燃料型NOx的生成。

1.2 脫硝工藝對比

目前國內外燃燒后脫硝的主要技術包括選擇性催化還原法（SCR）、選擇性非催化還原法（SNCR）、濕法脫硝、電子束照射方法等。應用較多、系統較為成熟的是SCR和SNCR，SNCR技術的還原劑是含有NHx基的物質，如NH3.H2O、NH3或者尿素等，經過熱分解后形成NH3以及相關副產物，氨氣與煙氣內的NOx反應后生產N2。當還原劑為尿素時的反應如下：

NH2CONH2 → 2NH3+HNCO

4NO+4NH3+O2 → 4N2+6H2O

2NO2+4NH3+O2 → 3N2+6H2O

SCR和SNCR兩種技術的主要比較如下表所示。

2 SNCR煙氣脫硝改造工程技術關鍵和發展方向

技術關鍵：

影響SNCR脫硝效率的因素有很多，包括初始NOx的含量、還原劑的種類、還原劑與煙氣的混合度、氨氮比）、還原劑在溫度窗口內的停留時間、還原劑噴入點的煙氣溫度等。

2.1 窗口溫度（最佳溫度）

NOx的還原反應職能在特定的溫度范圍內才能進行，通常為850℃～950℃，這就使得窗口溫度成為了影響SNCR反應的一個重要因素。在工程應用和實驗研究中，最佳溫度窗口是指還原劑存在脫硝效率最高的溫度區間。

2.2 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。

2.3 還原劑與煙氣的混合度

在SNCR脫硝效率的影響因素中，還原劑和煙氣的混合度也是十分重要。在不均勻的還原劑與煙氣混合度下，NOx很難與還原劑充分接觸，從而降低了SNCR脫硝效率。在實際應用中，爐膛出口即分離器進口噴射的還原劑和煙氣進行混合，通過對噴射軌跡、速度和角度的調整，可將還原劑充分霧化，以此來提升SNCR脫硝效率。

2.4 氨氮比

氨氮比是指SNCR反應中的還原劑與NOx之間的摩爾比，該指標主要是對投入還原劑的分量進行衡量，其對脫硝反應的影響主要是在改變反應物濃度后而實現對其平衡的調整。通常情況下，氨氮比的合適值在1.0到2.0之間，加大氨氮比會加強反應程度，提升反應效率，但過大的氨氮比又會導致過大的氨逃逸而出現新的問題，此外，過高的氨氮比會使成本提升，加大了整體的運行費用，這就使得氨氮比成為了影響SNCR脫硝效率的一個重要因素，氨氮比的選擇由各自的實際情況決定。除此之外，不同的初始NOx濃度、不同的鍋爐燃料、不同的煙氣氣氛（一氧化碳和氧氣的含量）、不同的脫硝還原劑類型等都會對SNCR的最終脫硝效率產生影響。

3 低氮燃燒+SNCR工藝應用

“低氮燃燒+SNCR”脫硝處理工藝是指先對鍋爐進行低氮燃燒改造，再與SNCR脫硝工藝相組合，達到對燃煤鍋爐煙氣充分脫硝處理的目的。低氮燃燒是基于“流態重構的節能超低排放”的理念，通過對鍋爐一、二次風風量配比調整：加大二次風量，減少一次風量，使得物料在爐膛內部停留時間增長，燃燒區形成濃、淡兩區，以及通過提高分離器效率，增加水冷屏、過熱屏，使得爐膛出口溫度控制在870～920℃，在最佳脫硝反應溫度區間內，從而最終減少NOx的產生。杭州江東富麗達熱電有限公司現有次高溫次高壓循環流化床燃煤鍋爐7臺（3臺75T/H，4臺130T/H），目前已經完成一臺75T/H、一臺130T/H鍋爐的低氮燃燒改造工作。從投運后的結果來看，BMCR工況下NOX原始排放均可以降低到130mg/Nm3以下，再輔以SNCR脫硝處理工藝，僅需少量還原劑就能完全滿足市政府的環保排放要求，大大降低了生產運行費用。因此，低氮燃燒+SNCR工藝應用在未來火電鍋爐煙氣處理應用中，有著廣闊的前景。

參考文獻

[1]戴逸明，陳舒舒.國內火電廠煙氣脫硝技術發展與產業分析[J].海峽科技與產業，2013，（3）：78-82.

[2]劉亭，王廷春，吳瑞青，等.低溫NH_3-SCR脫硝催化劑研究進展[J].安全與環境學報，2012，（6）：36-42.

[3]張楊，楊用龍，馮前偉，等.燃煤電廠SCR煙氣脫硝改造工程關鍵技術[J].中國電力，2015，（4）：32-35.

[4]葛榮良.火電廠脫硝技術與應用以及脫硫脫硝一體化發展趨勢[J].上海電力，2007，（5）：458-467.

（作者單位：浙江省杭州市大江東區杭州江東富麗達熱電有限公司）