電站鍋爐SNCR法脫硝工藝原理分析

李智文

（陜西煤業化工集團神木電化發展有限公司，陜西榆林719316）

1 引言

當前，國內火電廠鍋爐煙氣脫硝工藝絕大多數采用SCR法（選擇性催化還原法）、SNCR法（選擇性非催化還原法）和SCR法+SNCR法聯合脫硝。采用的還氧劑多數是尿素或氨水，通過溶解稀釋，配制成一定濃度的溶液，通過脫硝系統噴槍噴入鍋爐爐膛內部，尿素或氨水分解生成氨氣，氨氣和煙氣中的氮氧化物發生化學反應后，生成氮氣和水，從而起到降低煙氣中氮氧化物排放濃度的目的。

2 電站燃煤鍋爐生成氮氧化物的原理

煤在燃燒過程中產生氮氧化物的途徑主要有3種，即熱力型、燃料型和快速型[1]。

熱力型氮氧化物，煤在高溫條件下燃燒，空氣中的氮氣和氧氣發生氧化反應，生成氮氧化物。熱力型氮氧化物的生成主要與燃燒反應溫度、氧氣濃度和反應時間等因素有關。

由于空氣中的主要成分是氮氣，約占大氣總量的78.08%（體積百分比）。在通常狀況下，氮氣是一種無色無味的氣體，化學性質十分穩定,常溫下很難與其他物質發生反應，可以認為是惰性氣體。如果在高溫高壓下，特別是有催化劑存在的條件下,氮氣和氧氣會發生化學反應生成氮氧化物。由于氮氣的化學性質不活潑，如果沒有催化劑，在溫度低于1 000℃時，很難和氧氣發生化學反應。由于循環流化床鍋爐爐膛溫度約為800～1 150℃，所以，熱力型氮氧化物的生成量很少。

快速型氮氧化物主要是指燃料中的碳氫化合物在燃料濃度較高區域燃燒時所產生的烴（CxHy）與空氣中的氮氣發生反應，生成的氮氧化物。因此，快速型氮氧化物主要產生于碳氫化合物含量較高、氧濃度較低的富燃料區，多發生在內燃機的燃燒過程中，而在電站燃煤鍋爐中，生成量很少。

燃料型氮氧化物，煤在燃燒過程中，煤中含氮的化合物發生熱分解反應，生成氮氧化物，氮化物的熱分解溫度低于煤粉燃燒溫度，在600～800℃就會發生反應生成燃料型氮氧化物。燃料型氮氧化物占煤粉燃燒生成氮氧化物總量中的60%～80%。氮氧化物的生成和還原與燃燒溫度、氧濃度有關外還與煤的特性、煤中氮化物的存在狀態等相關[2]。

根據以上3種氮氧化物的生成機理可知，電站鍋爐燃燒過程中，煙氣中的氮氧化物主要是燃料型氮氧化物。而熱力型氮氧化物和快速型氮氧化物，產生量比較少。只有當鍋爐爐膛溫度超過1 300～1 500℃以上時，熱力型氮氧化物生成量逐步提高，而且隨著溫度的升高，產生的量越來越高。

3 氮氧化物對人體的危害

氮氧化物主要包括N2O、NO、NO2等，除NO2之外，其余的氮氧化物很不穩定，在光熱環境下發生相互轉化。氮氧化物一般都具備一定的毒性，不僅會危害人體健康，對環境也會造成非常嚴重的污染。首先，氮氧化物會吸收大氣層中的紫外光和可見光，與某些碳氫化合物反應后，生成烷基以及硝基化合物等，這些生成物混合在一起，呈現出煙霧的形態，稱為光化學煙霧。這種煙霧會刺激人的眼睛，影響植物的正常生長，還會導致大氣能見度的降低，給人們的生產以及日常生活帶來不便。因此，有效控制廢氣中氮氧化物的排放量非常必要。

4 電站燃煤鍋爐氮氧化物的減排措施

當前，多數電站鍋爐通常有2種：一種是煤粉爐；另一種是循環流化床鍋爐。由于煤粉爐爐膛溫度比較高，爐膛溫度一般已超過1 400℃，有利于氮氣和氧氣發生化學反應，導致煤粉爐煙氣中的氮氧化物濃度比較高。所以，煤粉爐即使采用了脫硝工藝，也很難把煙氣中氮氧化物排放濃度控制在排放標準之內。所以，多數火電廠一般會對煤粉爐通過低氮燃燒技改，降低爐膛溫度等燃燒條件，達到降低氮氧化物的產生量。進而通過脫硝工藝，達到降低煙氣中氮氧化物排放濃度的目的。

而循環流化床鍋爐，爐膛溫度比較低，一般在800～1 150℃。在此條件下，煙氣中氮氧化物的主要來源是燃料型氮氧化物，這種爐型更有利于氨氣和氮氧化物發生化學反應，達到脫硝目的。

SNCR法是一種通過向鍋爐燃燒氣體中噴入配置好的尿素溶液或氨水等其他藥劑，尿素在高溫狀態下發生烈解反應，生成氨氣。氨氣和氮氧化物發生化學反應，生成氮氣和水，達到降低煙氣中氮氧化物排放的目的。下面，主要針對循環流化床鍋爐SNCR法脫硝工藝進行分析。

把配制好的尿素[CO（NH2）2]溶液，通過脫硝系統噴入鍋爐爐膛（溫度范圍為800～1 150℃）。尿素在高溫下發生分解反應：CO（NH2）2→2NH3+HNCO，生成還原劑氨氣。氨氣有“有選擇性”地與煙氣中的氮氧化物發生反應生成無毒、無污染的N2和H2O。其化學反應方程式為：

但是氨氣和氮氧化物發生反應和溫度有極大的關系，當環境溫度低于800℃時，氨氣和氮氧化物發生反應的效率明顯降低，導致煙氣中的氮氧化物排放濃度升高。同時，由于氨氣反應不完全，部分氨氣會在煙氣中排出，這就是我們常說的氨逃逸。

如果鍋爐爐膛溫度超過1 200℃時，氨氣和氧氣發生氧化反應生成氮氧化物，4NH3+5O2=4NO+6H2O。同時，有利于爐膛中的氮氣和氧氣發生氧化反應，生成的氮氧化物。當溫度超過1 300～1 500℃時，氮氣和氧氣加速發生氧化反應，生成氮氧化物，抵消了氨氣的脫硝效果，煙氣中氮氧化物排放濃度會大大提升。所以，鍋爐煙氣脫硝效率和環境溫度有著密切的關系。溫度過高或過低都會導致氮氧化物脫除率下降。

所以，為了提高脫硝效率，降低煙氣中氮氧化物的排放濃度。運行人員必須要加強鍋爐燃燒工況調整，確保氨氣在鍋爐最佳溫度下和氮氧化物發生反應，達到最佳脫硝工況。

5 結語

綜上所述，隨著我國經濟的高速發展，電力能源的作用更加突出，火電廠鍋爐煙氣中氮氧化物等污染物排放量的增多，對環境污染帶來了比較嚴重的影響。因此，火電廠必須做好煙氣脫硝工作，減少煙氣中氮氧化物的排放量，可以有效緩解環境的壓力，減少對環境的破壞。