SNCR 脱硝技术在480 t/h循环流化床锅炉上的应用

秦光耀

（郑州电力高等专科学校 河南郑州 450000）

煤炭是我国主要的能源资源，目前及今后很长一段时间，以煤为主的能源结构不会有根本的改变。在我国消费的煤炭中，70%以上是以燃烧方式消耗的，其中燃煤电站是主力军，燃煤锅炉燃烧产生烟气中的NOx是人为NOx源的主要来源之一。因此，了解燃煤电站NOx的减排方法，实现NOx排放的有效控制，是实现国家减排任务的重要工作。在GB 13223-2011《火电厂大气污染物排放标准》中，对现有循环流化床锅炉污染物排放限值要求见表1：

表1 火电厂大气污染物排放标准

现有的循环流化床锅炉火电厂与在建的电厂,到2014年7月1日起都将执行表中规定的烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放限值。

目前,燃煤电站对氮氧化物（NOx）的控制主要有三种方法：①燃料脱硝；②改进燃烧方式和生产工艺，在燃烧中脱硝；③烟气脱硝，即燃烧后NOx控制技术。前两种方法是减少燃烧过程中NOx的生成量，第三种方法则是对燃烧后烟气中的NOx进行治理。燃料脱硝技术也就是燃烧前对NOx产生的控制，将含氮较高的燃料煤转化为低氮燃料，就目前的技术来说，难度很大，成本也很高，很难实现；改进燃烧方式和工艺其主要方法是通过运行方式的改进或对燃烧过程进行特殊控制，抑制燃烧过程中NOx的生成反应，从而降低NOx的最终排放量；烟气脱硝,即把烟气中己生成的NOx还原为N2,其主要包括选择性非催化还原技术(SNCR)和选择性催化还原(SCR)技术等。

目前对于燃煤锅炉有两种主流的烟气脱硝技术——SCR与SNCR。

SCR（Selective Catalytic Reduction，选择性催化还原）技术是利用氨对NOx的还原功能，在300～500℃条件下，利用催化剂将NOx还原为N2和水。

SNCR（Selective Non-Catalytic Reduction，选择性非催化还原）技术是利用氨与NOx在900～1100℃的高温下自发反应，将NOx还原为N2和水。

考虑到循环流化床锅炉原始NOx排放水平较低，SNCR系统由于设备简单、结构紧凑、成本低廉，因此更适宜于循环流化床锅炉电厂。

1 设备简介

某电厂采用480t/h超高压、再热、自然循环、循环流化床锅炉,2009年发电标准煤耗为 340.3 g/kW·h，供电标准煤耗为379.3g/kW·h，锅炉热效率为90.99%，全厂热效率为35.4%，万元产值综合能耗为1.02吨标准煤。

该电厂2#炉煤样工业与元素分析结果如表2所示。该煤种属于高灰分、低固定碳的劣质煤，热值很低。其具体工业与元素分析结果如表2所示。

表2 某电厂2#炉煤样工业与元素分析

2#锅炉在2012年加装了SNCR脱硝系统,系统使用尿素为还原剂，主要包括尿素溶液配制和储存系统、尿素溶液输送系统、尿素溶液分配和喷射系统3部分。

尿素溶液配制系统可实现尿素储存、溶液配制和溶液存放的功能。尿素溶液输送系统根据锅炉负荷、NOx排放浓度及氨逃逸等情况在线通过变频器控制计量泵把尿素溶液通过管道输送到分流箱处。尿素溶液分配及喷射系统，实现各喷射点的尿素溶液的均匀分配，雾化喷射的气液比控制，保证尿素溶液能够适量并均匀覆盖整个烟气流道达到与烟气良好混合的目的。在900～1150℃烟气温度区域,由上至下分4层共布置了8支墙式尿素溶液双雾化喷枪，每只喷枪覆盖一米的喷射范围。墙式尿素溶液双雾化喷枪采用双流体雾化喷嘴,喷枪将还原剂溶液输送到机械锥形雾化喷嘴，还原剂本身的压力通过锥形喷嘴机械雾化，雾化后还原剂在压缩空气的带动下通过扇形空气雾化喷嘴进行二次雾化，以扇面的形状高速喷向烟道内，很快与烟气均匀混合。尿素溶液压力约0.3～0.4MPa,压缩空气压力约0.3～0.6MPa。当脱硝系统停止时，可以通过套管吹入压缩空气，冷却喷枪。当脱硝系统长期不用时，可以通过快速法兰，方便地从套管中抽出，退出锅炉以避免受热损坏。

2 脱硝原理

所谓SNCR技术，就是在不采用催化剂的情况下，在炉膛(或循环流化床分离器)内烟气适宜处均匀喷入氨或尿素等氨基还原剂，还原剂在炉中迅速分解，与烟气中的NOx反应生产N2和H2O．而基本不与烟气中的氧气发生作用的技术。SNCR反应控制在很窄的烟气温度范围对应的炉膛位置进行。

使用氨作为还原剂、氨还原NO的化学反应，总包反应为

使用尿素作为还原剂，尿素还原NOx的反应，总包反应为

当温度过高超过反应温度范围时,氨就会被氧化成NO x

因此，还原剂喷入点选择非常严格满足两点：一是温度合适、二是混合良好。

3 性能考核试验

2013年3月完成了2#锅炉的SNCR脱硝改造,试运行后进行了SNCR脱硝性能考核试验。采用MCA04-M多组分高温分红外烟气分析仪测量。该分析仪利用高温红外吸收原理（其中O2测量采用氧化锆电化学法），气体池额定工作温度为185℃，能够在露点温度之上同时测量含水烟气中 NH3、CO、NO、NO2、N2O、SO2、H2O、CO2、O2等组分浓度。由于锅炉原始NOx排放浓度较低（小于100mg/m3），为验证该SNCR系统在高原始NOx排放条件下的运行效果，测试过程中从炉膛顶部注入纯NO气体并调节注入量，以测试相应SNCR系统性能。

表3 2#炉烟气氮氧化物测量值及对应工况

本次测试历时3天，针对480tCFB锅炉，重点进行了SNCR烟气脱硝系统调试。得到以下结论：

3.1 该煤种由于挥发分含量较低，且炉温控制较低，NOx整体排放水平较低，可以自然实现达标排放。随着炉温和氧量的增加，NOx排放增加，但敏感性较差，整体变动范围在50～70mg/m3。

3.2 测试过程中从炉膛顶部注入纯NO气体并调节注入量，以测试相应SNCR系统性能。各工况下SNCR脱硝效率为45%～67%，并且在尾部烟道并未观测到NH3逃逸。

4 结语

4.1 循环流化床锅炉选用SNCR技术可以实现很低的NOx排放值，满足最严格的NOx排放法规要求。

4.2 循环流化床锅炉喷氨水或尿素的SNCR系统简单，高效，安全，可靠。

4.3 循环流化床锅炉的SNCR系统在经济性方面的表现出色。

因此，循环流化床锅炉喷氨水或尿素的SNCR系统是一种值得推广的烟气脱硝技术，具有广阔的工程应用前景。且设备均实现了国产化,为国内同类燃煤锅炉脱硝改造提供了很好的借鉴。

[1]王春昌，燃煤锅炉新三区低NOx燃烧技术的研究探讨[J].热力发电,2005(4):1-7.

[2]段传和，夏怀祥，等.选择性非催化还原法(SNCR)烟气脱硝[M].中国电力出版社，2011.

[3]吕洪坤，杨卫娟，等.选择性非催化还原法在电站锅炉上的应用[J].中国电机工程学报,2008(4):14-19.

[4]周国民,赵海军,等.SNCR/SCR联合脱硝技术在410t/h锅炉上的应用[J].热力发电,2011(3):58-61.