研究SNCR脫硝技術在燃煤鍋爐廢氣處理中的應用

王 琦

(長沙華時捷環?？萍脊煞萦邢薰?湖南 長沙 410000)

一、引言

煤炭在我國的能源結構中地位尤為突出，占能源消費總量的60%左右，是我國非常重要的原料與能源。由于對煤炭資源不合理的利用，導致了大量的NOx、SO2以及懸浮顆粒物等污染物的釋放，造成了嚴重的環境問題。

氮氧化物(NOx)是一種對人體和環境都存在巨大危害的污染物質。目前已開發應用的脫硝技術主要有選擇性催化還原法(SCR)、選擇性非催化還原法、活性炭吸附法、電子束照射法、MEROS煙氣凈化技術及循環流化床等。其中，最普遍且成熟的脫硝技術當屬SNCR法和SCR法，常見用于鍋爐、水泥和發電等行業。兩種技術的原理都是采用氨水或尿素作還原劑，將煙氣中的NOx還原為N2從而達到減排的效果。本文主要針對SCNR脫硝技術在燃煤鍋爐廢氣處理中的應用展開概述。

二、選擇性非催化還原脫硝技術(SNCR)

目前SNCR法的研究方向是在還原劑中加入添加劑來降低溫度窗口以及提高脫硝率。相關研究表明，將水合肼溶液添加到尿素中，可有效提高脫硝率；還有研究表明在還原劑中加入Na、K以及粉煤灰均可提高No的還原性能。另外，SNCR技術受溫度和氨氮物質的量比的影響較大。發現噴氨的最佳溫度為850～1050℃，最佳N(氨)：N(氮)=1：1.5，該條件下可保持較高的脫硝率和較低的氨逃逸量。由于氨逃逸現象嚴重，SNCR脫硝工藝的脫硝率并不高，一般為40%～70%，為了解決這一問題，研究者提出了SNCR法與其他脫硝技術聯用的思路，這也是目前SNCR法發展的重要方向。SNCR-SCR聯合脫硝工藝是目前應用較多的一種聯合脫硝技術。該工藝是利用SNCR法中逃逸的氨在SCR反應器中進行選擇性催化還原反應，進一步脫除NOx，其工藝流程見圖1。

圖1 SNCR-SCR聯合脫硝工藝流程圖

三、案例概述

(一)工程概況

為打造美麗城市，保護生態環境，某市政府建設領導小組辦公室下發了相關文件，要求市內某企業對現有的15t/h燃煤鍋爐的廢氣處理設備進行提標改造。根據通知要求，該企業通過SNCR脫硝技術對現有燃煤鍋爐廢氣處理設施進行了提標改造。

根據該企業燃煤鍋爐結構及其處于800～920℃高溫的實際情況，選擇SNCR法在燃煤鍋爐煙氣脫硝具有可行性。另外從使用安全性、減少NH3逃逸和易操作性等角度考慮，選擇尿素作為脫硝反應劑比較合適。

(二)工藝流程

燃煤鍋爐廢氣處理中首先，氨水罐車將20%的氨水溶液輸送到廠區氨站的氨水溶液儲罐內，然后氨水溶液由高流量輸送泵輸送到鍋爐側，經稀釋計量模塊精確計量脫硝反應所需的氨水溶液量后，用除鹽水將氨水溶液進一步稀釋至約10%以內，最后輸送到噴槍，通入壓縮空氣將稀釋后的氨水溶液霧化并噴入高溫煙氣中進行脫硝反應。

在脫硝系統調試和優化期間，需要根據鍋爐的實際運行工況對每支噴槍的霧化性能和物料參數進行調整，以提高SNCR脫硝系統的運行效率。

(三)脫硝系統主要設備和物料

1.主要設備和物料

(1)外購氨水按1臺鍋爐脫硝裝置至少3天用量進行還原劑公用區設計，脫硝還原劑使用20%濃度的氨水。(2)氨水溶液儲罐設置1只304不銹鋼材質的氨水溶液儲罐，滿足最少7天的脫硝系統用量要求。儲罐為立式平底結構，裝有液位顯示等儀表設備。(3)氨水溶液供應裝置設置1套氨水溶液供應裝置，包含2臺高流量的多級SS變頻離心泵、過濾器、可調節的背壓控制閥等設備及用于遠程監測和控制系統壓力、溫度的儀表。(4)稀釋計量裝置為SNCR脫硝控制的核心裝置，用于精確計量和獨立控制還原劑流量。該裝置模塊采用獨立的還原劑流量控制方式，通過流量調節閥與就地控制器的結合自動調節還原劑流量，對NOx濃度、鍋爐負荷變化作出響應。稀釋計量裝置包括2臺變頻稀釋水泵、流量調節閥、流量計、壓力儀表等。(5)分配裝置用于精確分配到每支噴射器的還原劑和壓縮空氣的壓力及流量，包括調節閥、壓力儀表和流量儀表等設備。(6)水沖洗系統脫硝系統管道需設置水沖洗系統。

2.噴射系統

還原劑噴射系統包括噴射器及套管等部件，采用壓縮空氣將還原劑霧化并噴入高溫煙氣中。

3.工藝水系統

工藝水系統中的稀釋水、沖洗水、冷卻水采用常溫除鹽水，直接由機組側母管提取，品質符合除鹽水參數要求。

4.壓縮空氣系統

壓縮空氣系統由儲氣罐、空氣管道等設備組成。由建設方提供雜用和儀用壓縮空氣氣源，品質符合壓縮空氣參數要求。

5.控制系統

(1)根據脫硝裝置運行監控要求配置完整的儀表和控制系統。(2)提供與全廠控制系統對接的軟硬件接口。

(四)結果

某企業針對燃煤鍋爐廢氣處理問題，首次采用SNCR尿素法處理煙氣NOx。經生產實踐檢驗，使用質量分數為10%～15%的尿素水溶液，以80～120L/h的噴淋量霧化噴入鍋爐內，制酸尾排煙氣顏色明顯變淡白色甚至無色，制酸生產及濃硫酸產品質量趨于穩定，同時經第三方定期監測煙氣尾排ρ(NOx)均在20mg/m3以下，遠低于到特別排放限值的100mg/m3。

四、結束語

隨著2016年《中華人民共和國大氣污染防治法》的頒布，環保形勢日趨嚴峻，環保治理特別是大氣排放污染物治理已成為關系企業生死存亡的焦點問題之一。本文結合某企業實際現狀，探討SNCR脫硝技術在燃煤鍋爐廢氣中應用情況，得知SNCR脫硝技術可以有效降低鍋爐廢氣中氮氧化物的濃度，具有重大意義。