SNCR脱硝技术及设备综述

闫志海，柴 彬，陈 磊，葛 砚，魏少华，唐 滨

(1. 天津渤海环保工程有限公司 天津300304；2. 溧阳市万远电力建设工程有限公司 江苏溧阳213300；3. 天津赛瑞机械设备有限公司 天津300301)

科技评论

SNCR脱硝技术及设备综述

闫志海1，柴 彬1，陈 磊1，葛 砚1，魏少华2，唐 滨3

(1. 天津渤海环保工程有限公司 天津300304；2. 溧阳市万远电力建设工程有限公司 江苏溧阳213300；3. 天津赛瑞机械设备有限公司 天津300301)

阐述了SNCR烟气脱硝的概念、基本原理与工艺流程，并对氨水法脱硝技术及设备进行了介绍，主要对脱硝系统的各单元设备进行了综述。分别介绍了氨水加注单元、氨水存储单元、氨水输送泵撬、软水存储及输送单元、计量混合与喷射单元以及控制系统的详细配置，包括各单元内部的各种设备以及热控仪表、阀门组件、系统运行时的工艺流程。对热控仪表与设备之间的逻辑控制顺序给予说明，同时对控制系统的PLC与中控室DCS之间的通讯方式与协议进行阐述，介绍了氨水法脱硝系统在运行时应采取的安全措施。

脱硝 氨水 除盐水

0 引 言

选择性非催化还原(SNCR，英文名称Selective Non-Catalytic Reduction)是指在没有催化剂的作用下，在高温区域内喷入还原剂将烟气中的NOx还原为N2以及H2O。一般情况下，该技术选用在炉膛内喷入氨水或尿素溶液(与软水或除盐水混合)作为还原剂而不使用催化剂，但必须在高温区喷入还原剂，并喷射在炉膛温度为850～1,100,℃的区域，还原剂迅速热分解成NH3与烟气中的NOx反应生成N2和H2O。本文将以氨水作为还原剂探讨垃圾焚烧发电行业中烟气脱硝处理工艺及设备配置。

1 SNCR脱硝技术的原理

SNCR脱硝是指还原剂和氮氧化合物在850～1,100,℃高温区域下进行的化学反应，主要化学反应化学方程式为：

反应效率主要取决于反应温度以及还原剂的注入位置，还原剂的注入一般选取喷枪雾化的形式，而喷枪应均匀布置在高温区域的横截面。炉膛温度区域对反应效率影响很大，其安装位置则影响到运行成本与氨逃逸(一般要求＜8 mg/Nm3)。

2 SNCR系统工艺介绍

氨水法脱硝技术成套设备包括氨水加注单元、氨水存储单元以及输送泵撬、软水存储单元、计量混合与喷射单元以及控制系统等。氨水法脱硝技术的工艺流程简图如图1所示：

图1 脱硝系统(氨水法)工艺流程简图Fig.1 Denitration system(ammonia) process

2.1 氨水加注单位

氨水加注单元用于将氨水(浓度一般不超过20%,)从运输罐车上输送到氨水存储罐中，整个脱硝系统共用1套氨水加注系统，该系统主要由1台氨水加注泵和仪表、阀门、管道等组成，就地操作完成加注过程。

氨水加注时，由人工将罐车自带的加注软管接口与加注泵入口管道的快速接头相连，并将氨水存储罐的排气管道与罐车相连(为了将加注时的多余压力释放)。当氨水加注到储罐的高液位时，液位检测仪表自动发送报警信号，由PLC发出指令将加注泵停止，同时将加注泵入口的气动阀门关闭并提醒本次加注氨水完毕。当氨水存储罐的还原剂消耗到低液位时，则发出低液位报警信号，提示需加注氨水。

开始加注氨水时，加注管道与排气管道的阀门将自动打开，而加注泵可自动(或手动)运行。氨水存储罐配备有溢流保护开关，当溢流保护装置发出报警信号时，氨水加注泵会自动停止(或按下急停按钮)。氨水存储罐和泵撬安装于水泥基础上，罐内最大运行压力不可超过限值。在罐顶安装呼吸阀组保持管内压力平衡，罐顶安装有压力变送器对罐内压力监测以保证运行安全。本单元的设备启停可在就地控制箱操作完成，而当出现高液位或溢流报警时则由程序控制停止氨水加注。

2.2 氨水存储单元

氨水法脱硝技术系统设备中的存储罐内存储约20%,浓度的氨水(氨水属于危险化学品，运输车辆必须满足危险货物运输规则)，整套脱硝系统共用1套氨水存储单元，该系统由1套双层SUS304材质的存储罐、相应的热控仪表及阀门组件、管道等组成。控制系统将依据液位指示、压力变送、温度变送等信号自动完成相应的设备控制。

当罐体内液位达到高位时，由PLC发出停止加注的指令，当低液位时则发出投料提示。罐体液位设置了低低液位报警，当检测到此信号时则停止运行氨水输送泵。成套系统在不同区域设置了氨气泄漏声光报警仪表，比如氨水存储罐顶部、氨水输送泵撬、计量混合单元以及喷枪附近。在任何地方检测到泄漏的氨气，控制系统将立即停止脱硝系统。氨水的液位在PLC柜的触摸屏画面以及中控室的DCS画面均能显示并监测。

储罐配有SUS304材质的矩形管爬梯(带圆形护笼)，顶部设有维修平台。考虑到人身安全，在罐区附近配备紧急喷淋装置(洗眼器)。

2.3 氨水输送泵撬

氨水输送泵撬将存储罐内的氨水输送到计量混合单元。成套脱硝系统共用一套氨水输送泵撬，主要由2台输送泵、流量仪表和管道、阀门等组成。

压力变送器发出高、低压信号，控制系统将通过压力控制阀对输送泵的流量进行调节，并监控压力值。泵的工作状态(运行或停止)以及泵的进口、出口阀门状态(打开或关闭)信号将发送至控制系统。输送泵(1用1备)启动后向计量混合单元输送氨水，泵的出口均设置压力变送器以监测压力，可实现泵的就地或远程(手动或自动)控制。

2.4 软水存储单元

该单元的作用是存储由软水设备制备而得的软水(或直接使用厂区自有的除盐水/软化水)，并通过泵撬输送至计量混合单元与氨水进行混合并稀释20%,浓度的氨水。整套脱硝系统共用1套软水存储系统，主要由1套软水储罐、2台软水输送泵、热控仪表和管道、阀门等组成。受控设备可实现就地或远程(手动或自动)操作，并向控制系统发送状态信号。当储罐的高液位信号出现时则停止软水设备的运行，低液位信号出现时则运行软水设备。当低低液位报警时则停止输送泵进行设备检查。

2.5 计量混合单元

该单元的作用是将氨水和软水进行混合并输送至喷枪，每台焚烧炉使用1套计量混合单元，主要由气动调节阀、电磁流量计、阀门组件、静态混合器以及热控仪表灯组成。流量计将监测氨水与软水的实际流量并发送信号至PLC设备，同时在DCS系统显示流量值。测量或控制设备以及系统运行所需的阀门均安装于密封良好的柜内便于搬运与安装，一般设置在圾焚烧炉前墙附近的平台上。

氮氧化物达标排放所需的氨水与软水的量由气动调节阀自动控制完成，混合液由可调节的转子流量计分配到每根喷枪，并由压力变送器辅助控制。

2.6 喷射单元

该单元由雾化空气、冷却风以及喷枪设备组成，完成向炉膛高温区域喷射混合液以及喷枪的冷却。混合液与烟气中的NOx发生化学反应脱除超标的氮氧化物而达标排放。另外，增设过滤器可防止初期运行时的杂物堵塞喷嘴。

厂区自备的CEMS(烟气在线监测系统)检测到的NOx值以及NH3值、炉膛温度信号均传送至控制系统的PLC设备。程序将根据排放的NOx值区间而选择性调整氨水以及软水管路中气动调节阀的开度，从而调整了混合液的浓度与流量。气动阀的开度值信号将反馈至控制系统。当喷枪出现堵塞时，转子流量计将发出报警信号并在画面闪烁显示。

喷枪的布置位置在初步设计时可由CFD(流体力学技术)软件分析，但开孔(或预留)之前应与锅炉制造厂家技术交流并根据运行工况而定。喷枪在工作时应保证混合液尽量覆盖整个炉膛的截面，可在反应速率较高的温度区域布置两层。

2.7 控制系统

氨气泄漏检测装置分别安装在氨水存储区域、输送泵撬以及计量混合柜。当检测到高浓度(未达到能造成安全事故)的氨气时由检测仪表发出报警信号并停止整套脱硝系统。

CEMS系统监测的NOx值、炉膛温度值会发送至PLC设备，程序将根据该值信息自动调整气动调节阀的开度，从而改变氨水与软水(或除盐水)混合浓度与喷射量，但不应实时调整调节阀(缩短设备的使用寿命)，应该根据NOx排放值与设定的达标排放的NOx值进行比较(由程序算法完成)后阶梯性进行调整。由中控室DCS系统提供并显示的脱硝系统运行信号有烟囱出口的NOx值、NH3值、喷枪安装位置的炉膛温度以及各设备的运行状态。

控制系统配备有PLC柜与动力柜，PLC设备可直接与DCS进行通信并收发指令。现场受控设备的操作(气动或停止等)可由PLC柜面板上的触摸屏完成，画面有编辑、制图工艺流程以及受控设备的运行状态、操作按钮图框，主要的参数可传送至DCS系统并在终端显示准确。受控设备旁应设置就地控制箱，并实现就地/远程控制的切换，以及运行或停止(打开或关闭)的操作，设置带指示灯的按钮。

脱硝系统在正常运行时处于自动模式，也可切换至手动模式(即通过操作面板控制)，并可通过以太网连接进行远程控制、监测。控制系统可准确计算还原剂用量，并控制相关设备以实现系统全自动运行。

3 结 论

降低烟气中氮氧化物排放的处理工艺有多种，技术方案的选择应根据具体的工况条件而定。在我国空气污染持续严重的现况下，环境保护部与国家质检总局共同发布了新的《生活垃圾焚烧污染控制标准》，进一步提高了污染控制要求。2014年7月1日起，新建生活垃圾焚烧炉需执行新标准的污染物浓度限值。在此背景下，已建成的垃圾焚烧电厂必将面临着改造需要，以SNCR为代表的烟气脱硝技术将有较为广阔的发展前景。

［1］ 蒋文举. 烟气脱硫脱硝技术手册[M]. 北京：化学工业出版社，2006：399-400.

［2］ 白良成. 生活垃圾焚烧处理工程技术[M]. 北京：中国建筑工业出版社，2009：305-306.

［3］ 闫志海，赵昕哲，董珂，等. 垃圾焚烧发电厂烟气净化技术方案的选择[J]. 节能与环保，2008(5)：24-26.

［4］ 邹金生，王志强. 选择性非催化还原烟气脱硝技术在垃圾焚烧发电厂的应用[J]. 华电技术，2012，34(5)：71-73.

Description of SNCR Denitration Technology and Equipment

YAN Zhihai1，CHAI Bin1，CHEN Lei1，GE Yan1，WEI Shaohua2，TANG Bin3
(1.Tianjin Bohai Environmental Protection Engineering Co.，Ltd.，Tianjin 300304，China；2.Liyang Wanyuan Power Construction Engineering Co.，Ltd.，Liyang 213300，Jiangsu Province，China；3.Tianjin Sairui Machinery Equipment Co.，Ltd.，Tianjin 300301，China)

This paper expounds the concept，basic principle and technological process of SNCR flue gas denitration，introduces ammonia denitration technology and equipment and reviews the main units of denitration system equipment.Detailed configurations of ammonia charging unit，ammonia storage unit，ammonia pump lever，soft water storage and transportation unit，mixing and injection unit of measurement and control system were described，including internal units of various equipment and thermal control instrument，valve components and operation process.The logic control order between thermal control meters and equipment was given，communication mode and protocol between the PLC of control system and DCS of central control room were described and security measures during the operation of ammonia denitration system was presented.

denitration；ammonia；desalted water

X511

：A

：1006-8945(2016)09-0028-03

2016-08-08