甘蔗糖厂纯蔗渣锅炉烟气SNCR脱硝工艺技术的应用探索

肖 凌，岑 跃，傅其军

（南宁糖业股份有限公司，广西南宁 530022）

甘蔗糖厂纯蔗渣锅炉烟气SNCR脱硝工艺技术的应用探索

肖 凌，岑 跃*，傅其军

（南宁糖业股份有限公司，广西南宁 530022）

介绍了SNCR脱硝工艺技术首次在甘蔗糖厂锅炉烟气脱硝中的应用，以及对SNCR与SCR脱硝工艺在技术、应用等方面进行了比较。生产运行表明，采用SNCR脱硝工艺技术后锅炉烟气烟尘氮氧化物排放浓度≤100 mg/m3，达到GB13223-2011排放标准的要求。

甘蔗糖厂；锅炉；SNCR脱硝技术

0 前言

氮氧化物(NOx)是大气的主要污染物之一，包括NO、NO2、N2O、N2O3、N2O5等多种氮的氧化物。在大气中NO可以氧化生成NO2，NO2比较稳定，其毒性是NO的4～5倍。空气中NO2含量达到1.5 ×10-4时对人体器官产生强烈的刺激作用。此外，NOx还导致光化学烟雾和酸雨的形成。由于大气的氧化性，NOx在大气中可形成硝酸(HNO3)和硝酸盐细颗粒物，同硫酸(H2SO4)和硫酸盐颗粒物一起，易加速区域性酸雨的恶化。

随着我国工业的持续发展，我国氮氧化物排放量迅速增长。“十一五”期间，我国氮氧化物排放量逐年增长，2008年达2000万t，排放负荷巨大。由氮氧化物等污染物引起的臭氧和细粒子污染问题日益突出，严重威胁着人民群众的身体健康，成为当前迫切需要解决的环境问题。2011年全国人大审议通过了“十二五”规划纲要，将氮氧化物首次列入约束性指标体系，要求“十二五”期间工业氮氧化物排放减少10%，氮氧化物减排已经成为我国下一阶段污染治理和减排的重点。“十二五”期间我国针对氮氧化物的污染特征，进入以空气质量改善为切入点、以主要行业为突破口的大规模削减阶段。

GB13223-2011火电厂大气污染物排放标准于2012年1月1日起开始实施，对污染物排放控制要求中，从2014年7月1日起，GB13223-2011中明确要求投产或通过建设项目环境影响评价报告书审批的燃煤、生物质燃料锅炉的氮氧化物指标执行≤100 mg/m3的排放限值。

南宁糖业股份有限公司东江、香山糖厂均为日榨甘蔗8000 t的糖厂，2014年检修停榨期间，这2

家厂在节能技术升级改造项目中各新建1台产汽量90 t/h的蔗渣锅炉。

南宁糖业十分重视环境保护工作，为了提高企业的竞争优势，实现锅炉烟气氮氧化物排放浓度稳定达到GB13223-2011排放标准的要求，决定采用SNCR（选择性非催化还原法）脱硝技术对上述2家糖厂90 t/h蔗渣锅炉的烟气进行脱硝处理。技改后，通过在2014/15年榨季的调试运行，锅炉烟气SNCR脱硝系统运行良好，锅炉氮氧化物排放浓度≤100 mg/m3，稳定达到GB13223-2011排放标准的要求。

1 项目实施的原因

技术改造前，南宁糖业东江、香山糖厂2014年各新建的1台产汽量90 t/h的蔗渣锅炉烟气氮氧化物排放浓度还未能达到GB13223-2011排放标准的要求，具体排放浓度见表1。

表1 蔗渣锅炉烟气氮氧化物排放浓度现状

为确保东江、香山糖厂这2台90 t/h的蔗渣锅炉烟气达到GB13223-2011的排放标准，锅炉烟气脱硝技术改造项目势在必行。2014年9月，经组织技术人员对项目资料搜集和技术交流，充分论证并优化方案，最终确定采用SNCR脱硝技术首先对上述90 t/h锅炉的烟气进行脱硝处理，待项目成功后再推广应用。

2 项目工艺流程、设备及运行

2.1 锅炉烟气SNCR脱硝工艺技术

2.1.1 工艺原理

锅炉烟气脱硝SNCR技术是指利用还原剂在不需要催化剂的情况下有选择性地与烟气中的氮氧化物（NOx，主要是NO和NO2）发生化学反应，生成无害的氮气和水，从而脱除烟气中NOx的方法，工艺原理如下。

向温度约850～1100℃的烟气中喷入还原剂，在无催化剂的条件下，还原剂与烟气充分混合，选择性地将烟气中的NO还原成N2和H2O，从而去除烟气中的NOx。锅炉烟气中NOx组成中，92.5%为 NO，7.5%为NO2。脱硝化学反应方程式见式⑴、⑵，当温度超过1100℃时，发生⑶式反应，生成新的NOx，脱硝效率下降。

2.1.2 技术可行性分析

锅炉烟气SNCR脱硝系统具有如下优点：系统较为简捷，可以根据锅炉运行状况灵活处理，不受锅炉燃料和负荷的变化而受影响，施工周期短，SNCR对其他系统的运行（如空气预热器和除尘器）都不产生干扰及增加阻力。

在炉膛850～1100℃温度范围内无催化剂作用下，NH3或尿素等氨基还原剂可选择性地还原烟气中的NOx，基本上不与烟气中的O2作用。

2.1.3 锅炉烟气SNCR脱硝工艺流程

锅炉烟气SNCR脱硝工艺流程见图1，排出的烟气经SNCR脱硝系统处理、净化后的烟气通过烟囱排放。

图1 锅炉烟气SNCR脱硝工艺流程

2.1.4 锅炉烟气SNCR脱硝工艺的技术关键

迄今为止，尚未见国内有开展甘蔗糖厂纯蔗渣锅炉烟气SNCR脱硝工艺应用研究的公开文献报道，所以，在纯蔗渣锅炉上采用SNCR脱硝工艺进行烟气脱硝没有相关经验可供参考。

南宁糖业开展甘蔗糖厂纯蔗渣锅炉烟气SNCR脱硝工艺技术的应用探索，是国内首次在甘蔗糖厂纯蔗渣锅炉采用SNCR脱硝工艺技术进行烟气脱硝，使烟气的的氮氧化物指标符合GB13223-2011火电厂大气污染物排放标准中生物质燃料锅炉的氮氧化物指标≤100 mg/m3的排放限值。

由于以蔗渣为原料的锅炉与其他类型的锅炉在结构上有所不同，而采用SNCR法进行锅炉烟气脱硝，受锅炉炉膛内烟气流速、温度分布及NOx分布影响，效果相差很大。因此，在蔗渣锅炉中，选择合适的溶液喷枪位置，调整喷枪姿态，使还原剂在850～1100℃范围与烟气中的NO高效率地反应，将其还原成N2和H2O，从而去除烟气中的NOx，是项目成功的关键。

2.1.5 项目设计工程技术指标

（1）脱硝效率不小于50%；

（2）脱硝后的NOx浓度小于100 mg/m3；

（3）氨逃逸率小于10 ppm；

（4）SNCR脱硝装置对锅炉效率的影响小于0.5%；

（5）20%氨水消耗量小于200 kg/h。

2.1.6 溶液喷枪布置

溶液喷枪布置见图2。

图2 溶液喷枪布置

2.1.7 工艺系统组成

工艺系统采用20%氨水（质量浓度）为还原剂，系统包括还原剂溶液存储及供应系统、氨水溶液计量分配及喷射系统。

还原剂溶液储存系统采购20%氨水为锅炉脱硝系统提供所需的还原剂，氨水储存于氨水储罐内，通过高流量循环装置输送供应锅炉脱硝系统用氨水。

（1）氨水储罐20%氨水储存系统：按一个氨水储罐设计，一个氨水储罐总容量按1台90 t/h和1台75 t/h锅炉7天以上用量设计。

（2）高流量和压力循环控制系统：氨水由高流量和压力循环系统输送给计量和分配装置，配置用于远程控制和监测循环系统压力、流量等仪表。压力控制回路可以调节高流量循环装置，为计量装置提供供应氨水所需的压力，以维持适当的流量和压力。

（3）氨水溶液喷射系统：该系统布置在炉区，用来将计量后的氨水按要求分配输送至喷射器，通过喷射器注入锅炉内部适当位置。

2.1.8 安全环保设施

（1）设立氨水逃逸监测系统，对现场氨水浓度进行自动检测和报警，设立氨水伤人应急洗眼装置。设立氨水泄漏自动稀释装置，当泄漏氨水浓度达到50 ppm时，自动启动喷淋系统，对泄漏氨水进行稀释，防止氨水向空气扩散。

（2）氨水泄漏应急：设立氨水泄漏回收池，防止氨水溢出扩大到厂区。

2.2 投入运行后锅炉烟气处理效果

2.2.1 东江糖厂

东江糖厂90 t/h锅炉烟气主要检测项目平均值见表2，东江糖厂90 t/h锅炉烟气在线监测及氨逃逸情况见表3，东江糖厂90 t/h锅炉SNCR系统的脱硝效率等查定情况见表4，结果表明东江糖厂90 t/h锅炉SNCR系统的脱硝效率实现大于50%的设计要求。

表2 东江糖厂90 t/h锅炉烟气主要检测项目平均值（2015年3月18～20日）

表3 东江糖厂90 t/h锅炉烟气在线监测及氨逃逸情况表

表4 东江糖厂90 t/h锅炉烟气SNCR系统脱硝效率查定表（2015年2月25～27日）

2.2.2 香山糖厂

香山糖厂90 t/h锅炉SNCR系统运行前后烟气氮氧化物检测数据见表5。从检测数据可见，技改前香山糖厂90 t/h锅炉烟气含氮氧化物量平均值为278.6 mg/m3，大大超过了≤100 mg/m3指标要求；技改后锅炉烟气含氮氧化物量平均值为82.8 mg/m3，达到了新建锅炉GB13223-2011火电厂大气污染物排放标准氮氧化物浓度≤100 mg/m3指标要求，脱硝率70.28%，达到了项目技术要求，实现了锅炉烟气达标排放。我们通过计算和测量，在锅炉炉壁的不同位置开孔，选择合适的位置布放溶液喷枪，并通过试运行，摸索具有较高脱硝效率的喷枪位置和姿态，使项目获得了成功。南宁糖业东江、香山糖厂的锅炉烟气SNCR脱硝系统设备投入运行后，设备运行正常，有效提高了蔗渣锅炉的烟气脱硝效率，各项环保监测指标符合GB13223-2011烟气排放标准的要求。

表5 香山糖厂90 t/h锅炉SNCR系统运行前后烟气氮氧化物检测数据表

2.3 甘蔗糖厂锅炉烟气SNCR脱硝技术应用需注意的几个问题

（1）目前，东江糖厂锅炉烟气SNCR脱硝系统采用8支喷枪，在炉膛标高约11 m层处（温度区间750～950℃）分左、右各3支、后墙2支的布置方式喷入炉膛。在设计上，是考虑将氨水喷入炉膛850～1100℃这一温度范围，并且尽可能全覆盖、无死角，这样效果较好。所以，在安装时，应在炉壁上多做几处温度测点，以便调整喷枪布置方式，取得更好的脱硝效果。

（2）香山糖厂锅炉烟气SNCR脱硝系统在调试运行初期，氨水喷枪保护风源采用锅炉鼓风机给

风，运行10天左右出现喷嘴表面结垢的问题。为此，利用榨季生产停机时间，将喷嘴保护风源由锅炉鼓风机改为压缩空气，增加喷嘴周围保护风流速，利用风速将喷嘴表面氨水液滴及时吹走，使之不易产生积垢。连续运行一段时间，未发现积垢产生，烟气氮氧化物含量控制在80～90 mg/m3，脱硝效果稳定。

（3）锅炉烟气SNCR脱硝系统运行时，炉膛温度控制在850～1100℃温度范围内，才能保证脱硝效果。因此，就要求锅炉运行稳定，否则会出现因锅炉运行不稳定而导致烟气氮氧化物含量波动的情况出现。另外，入炉氧气浓度增加会使检测换算得出的氮氧化物含量值增加，影响脱硝效果。因此，需注意控制炉膛氧气浓度不要过高。

3 技术经济效益

3.1 运行费用

脱硝系统运行费用主要包含耗用氨水的费用、电费和人工费用，合计每台锅炉约50万元。

3.2 节约排污费用

（1）按1台90 t/h蔗渣锅炉实施脱硝项目前氮氧化物产生浓度平均290 mg/m3，烟气排放量平均230000 m3/h计，则技改前每天产生氮氧化物=290 ×230000×24÷109=1.60 t/d。

（2）技改后氮氧化物排放浓度平均90 mg/m3，则技改后每天排放氮氧化物=90×230000×24÷ 109=0.50 t/d，每天减少排放氮氧化物量1.60－0.50=1.10 t。

（3）榨季生产时间按120天计算，可减少排放氮氧化物量=1.10×120=132 t。

（4）榨季可减少排放氮氧化物量折合氮氧化物当量值计算，可减少排放氮氧化物当量值=132×103 ÷0.95=138947.4（当量值）。

（5）按每当量值排污费用0.6元计算减少排污费，榨季可减少排污费用=138947.4×0.6=8.34万元

3.3 社会效益

锅炉烟气SNCR脱硝系统投入运行后，有效提高了锅炉的烟气脱硝效率，确保烟气的氮氧化物排放指标符合GB13223-2011火电厂大气污染物排放标准中生物质燃料锅炉氮氧化物指标≤100 mg/m3的排放限值，提高了锅炉运行可靠性和产汽稳定性，有利于榨蔗均衡持续生产。每台锅炉的NOx年减排量132 t（生产天数按120天计），为治理空气污染作出了贡献，取得较好的环保和社会效益。

4 锅炉烟气SNCR和SCR脱硝技术的比较

烟气脱硝有3种方案，SNCR（选择性非催化还原）、SCR（选择性催化还原）和SNCR-SCR联合法。

4.1 SNCR烟气脱硝技术

SNCR烟气脱硝技术是把还原剂如氨气、氨水、尿素溶液喷入锅炉炉膛中，在炉膛850～1100℃这一狭窄的温度范围内，NH3或氨水等氨基还原剂可选择性地还原烟气中的NOx。通常SNCR烟气脱硝率为50%，无催化剂没有额外的SO2/SO3转化，不需要专门的反应器。

SNCR工艺是一种成熟的脱硝技术，在国内外均有广泛的应用。尤其在小型的燃煤、燃油、垃圾焚烧、燃气机组或工业锅炉上，SNCR具有其一定的优越性。SNCR系统较为简单，可以根据机组运行状况灵活处理，不受机组燃料和负荷的变化而受影响，施工周期短，SNCR对其他系统的运行（如空气预热器和除尘器）都不产生干扰及增加阻力。同SCR烟气脱硝技术相比，SNCR的投资与运行成本相对较低，没有额外的SO2/SO3转化率。

4.2 SCR烟气脱硝装置

SCR烟气脱硝装置通常布置在省煤器与空预器之间，反应温度区间在300～420℃之间，在催化剂作用下，NH3选择性地和烟气中的NOx反应，其主要反应见式⑷、式⑸。

通常SCR烟气脱硝率可达85%，催化剂作用使得SO2/SO3转化率约为1%，需要专门的反应器及配套的吹灰系统。

4.3 SNCR-SCR联合法烟气脱硝

SNCR-SCR联合法烟气脱硝是在炉膛段采用SNCR脱硝技术，后段烟道的适合位置处布置催化剂采用SCR技术。此方案适用于烟气中NOx含量高的脱硝改造锅炉，改造空间受到限制，单一SNCR无法实现达标排放的项目。

烟气脱硝技术性能比较见表6。本项目烟气的NOx含量要求排放限值在100 mg/m3以下，SNCR脱硝工艺效率完全可以满足达标排放的要求，并有投资少，运行维护费用省的优点，故本项目选择SNCR脱硝工艺。

表6 烟气脱硝技术性能比较

5 结语

南宁糖业开展甘蔗糖厂纯蔗渣锅炉烟气SNCR脱硝工艺技术的应用，是国内首次在甘蔗糖厂纯蔗渣锅炉采用SNCR脱硝工艺技术进行烟气脱硝。在项目实施过程中，锅炉烟气SNCR脱硝工艺的技术关键是在蔗渣锅炉中选择合适的溶液喷枪位置，调整喷枪姿态，将氨水喷入炉膛850～1100℃这一温度范围内，并且尽可能全覆盖、无死角，使还原剂与烟气中的NO高效率地反应，这样脱硝效果才会更好。

项目投入运行后，有效地提高了锅炉的烟气脱硝效率，确保烟气的氮氧化物排放指标符合GB13223-2011火电厂大气污染物排放标准中生物质燃料锅炉氮氧化物指标≤100 mg/m3的排放限值，提高了锅炉运行可靠性和产汽稳定性，有利于榨蔗均衡持续生产。该项目技术具有工艺成熟、流程简单、操作方便、脱硝效果好等优点，投资较少，运行费用适中，维护简便。项目完成后，使公司每台锅炉完成NOx年减排量132 t（按120天生产天数计），取得较好的环保和社会效益，值得推广应用。

[1] 国家环境保护总局. GB13223-2011火电厂污染物排放标准[S]. 北京：中国标准出版社，2011.

(本篇责任编校：朱涤荃)

Application SNCR Denitration Technology for Flue Gas of Bagasse Boiler of Sugar Mills

XIAO Ling, CEN Yue, FU Qi-jun
(Nanning Sugar Co. Ltd., Nanning, Guangxi 530022)

The first-time application of SNCR denitration technology for cane sugar mill boiler flue gas were introduced in this paper, and the SNCR and SCR denitration technology were compared in their technology and application, etc. In the production running, the SNCR denitration technology reduced the emission concentration of the boiler flue gas to less than 100 mg/m3, which met the requirements for emission stated in GB13223-2011. Keywords: Sugar mill; Boiler; SNCR denitration technology

X51

B

1005-9695(2015)02-0039-06

2015-04-10；

2015-04-19

肖凌(1968-)，男，南宁糖业股份有限公司董事长、党委书记、总工程师、高级工程师

*通讯作者：岑跃(1958-)，男，南宁糖业股份有限公司副总工程师，高级工程师，主要从事制糖的生产技术管理工作

肖凌，岑跃，傅其军. 甘蔗糖厂纯蔗渣锅炉烟气SNCR脱硝工艺技术的应用探索[J]. 甘蔗糖业，2015(2)：39-44.