SNCR脫硝系統節能減排改造應用實例及推廣價值

楊 明 朱水興 孫黎宏

杭州臨江環保熱電有限公司

0 引言

我國在“十三五”期間對燃煤電廠氮氧化物的排放提出了更高的要求。隨著熱電行業循環流化床鍋爐低氮燃燒改造的普遍實施，原有SNCR系統噴槍設計出力已不能滿足低氮燃燒改造后的新工況。為保證噴嘴霧化效果而噴入的稀釋水量過大造成電除塵陰極線腐蝕加劇，影響其使用壽命；煙氣再循環風機擋板腐蝕卡澀給煤機系統腐蝕嚴重和；鍋爐排煙熱損失增加等。針對鍋爐低氮燃燒改造前后燃燒工況及NOx生成量的變化，需要相應地對原SNCR系統進行改造，以達到新的工況匹配并取得節能減排效果。

1 SNCR系統原理、系統及影響因素分析

1.1 SNCR工藝化學反應原理

首先氨或者尿素等氨基還原劑氣化后噴入爐內，或者是先噴入爐內借助煙氣熱量氣化，之后在合適的溫度范圍（一般稱為溫度反應窗口）內，氣態氨或者尿素等氨基還原劑產生活性分子（NH3或者NH2）經過一系列反應后，氨基活性分子與NOx接觸并將其還原成N2和H2O。

以氨作為還原劑的化學反應方程為：

2NO+2NH3+1/2O2→2N2+3H2O

SNCR技術的優點在于易于實現，不需要催化劑，也就避免了使用催化劑帶來的一系列問題，且易于安裝在已有的燃燒裝置上，項目成本低，運行費用也不高。尤其在煙氣超低NOx排放技術中是一種非常重要的技術。

1.2 基于氨為還原劑的SNCR脫硝系統

SNCR工藝系統（圖1）包括還原劑制備儲存系統、還原劑計量稀釋系統、還原劑分配系統和還原劑噴射系統。還原劑計量稀釋系統包括稀釋水系統和計量系統。

圖1 以氨水為還原劑的SNCR脫硝系統工藝系統

1.3 SNCR技術的影響因素

SNCR脫硝反應的化學反應速率決定了SNCR脫硝效率，影響SNCR系統脫硝效率的主要因素有：

（1）反應溫度窗口；

（2）最佳反應窗口內的停留時間；

（3）噴入的還原劑與煙氣混合的均勻程度；（4）初始NOx濃度水平；

（5）標準化的化學當量比（NSR）；（6）氨逃逸。

1.3.1 反應溫度窗口

SNCR系統中的脫硝反應發生在一個特定的溫度區間內，在這個溫度區間內，能提供足夠的能量使脫硝進行化學反應。對于以氨作為還原劑的SNCR脫硝反應最佳溫度窗口為850℃～1100℃。

1.3.2 最佳反應窗口內的停留時間

最佳反應溫度窗口內停留時間指還原劑在爐膛適合溫度區間停留時間。增加停留時間能夠使傳質過程和化學反應比較充分，可以提高NOx的脫除率。

1.3.3 . 初始NOx濃度水平

當初始NOx濃度較低時，脫硝反應的最佳反應溫度窗口降低，脫硝效率降低。

1.3.4 標準化的化學當量比（NSR）

NSR增加時，脫硝效率隨之增加。但是隨著NSR增加，脫硝效率增加的幅度呈指數規律下降。當NSR超過2.0之后再增加還原劑量不會使脫硝效率明顯增加。

1.3.5 氨逃逸

為了減少脫硝系統逃逸氨對鍋爐設備的結垢、堵塞、腐蝕影響和對大氣環境的危害，環保部門和環保規范都制定了氨逃逸限定值，本項目是8mg/Nm3。顯然，氨逃逸限定值越低，則能夠達到的脫硝效率越低。

1.3.6 噴入的還原劑與煙氣混合的均勻程度

還原劑與煙氣混合的均勻性好壞取決于噴射系統，噴槍使用壓縮空氣將還原劑溶液以霧狀按照一定的角度、速度和方向噴入爐膛與煙氣混合。還原劑與煙氣混合不均勻帶來較低的脫硝效率可從以下幾個方面改善：（1）增加噴入的霧化顆粒的動量；（2）增加噴槍數量；（3）增加噴射區域；（4）改善噴槍的性能來獲得最優的霧化顆粒直徑、分布、角度和噴射方向。這是本次改造主要考慮的方向和措施。

2 SNCR系統改造前后比較

2.1 改造內容

（1）噴嘴改造

由原錐形噴嘴改為上海守望者噴霧智能系統有限公司生產的廣角扇形噴嘴，參數比較見表1。

表1 噴槍改造前后參數比較表

（2）停用稀釋水系統

停用改造前為確保噴嘴霧化效果而設計的稀釋水系統。

2.2 噴嘴性能比較及霧化情況

通過噴嘴性能曲線（圖2）和實際噴嘴霧化實驗效果（圖3）可以確定新噴嘴在霧化性能方面、噴射扇形角度和噴嘴流量線性比舊噴嘴優異。

圖2 噴嘴性能比較曲線

圖3 噴嘴霧化實驗效果

2.3 改造前后SNCR原料消耗及NOx排放

通過對1#、2#和3#130t高溫高壓循環流化床鍋爐SNCR脫硝噴嘴的改造均取得良好效果（見圖4）。

圖4 SNCR脫硝噴嘴改造前后效果比較

基于連續測量3臺鍋爐SNCR脫硝系統的一個月實時排放數據平均值得出表2數據。

3 效果分析及結論

SNCR系統噴嘴改造后鍋爐尾部煙道積灰嚴重情況得到良好改善，降低了鍋爐檢修工作中煙道清灰工作量；鍋爐煙氣濕度改善，引風機擋板、煙氣再循環風機擋板卡澀情況有所改善，降低了設備的故障率；減緩電除塵陰極線腐蝕情況，延長了電除塵陰極線使用壽命；稀釋水系統停用后，鍋爐排煙熱損失減少。

表2 鍋爐SNCR脫硝系統的實時排放數據平均值（1個月）

改造直接收益方面，以SNCR系統年運行8 000小時計算：稀釋水泵電能消耗8 800kWh，約3 960元；除鹽水消耗量減少1 816噸，約7 264元；氨水消耗量減少110噸，約81 767元。而單臺爐整體改造費用為42 000元，可見從SNCR噴嘴系統改造中產生良好的經濟效益的同時也為節能減排工作發揮了明顯的作用，在同類型鍋爐中值得推廣應用。