SNCR脱硝技术在45 t循环流化床锅炉中的应用

肖东敏 ， 韩元培

(开封龙宇化工有限公司 开封市功能与结构化工材料工程技术研究中心 开封市聚甲醛基新材料重点实验室 ， 河南 开封 475200)



SNCR脱硝技术在45 t循环流化床锅炉中的应用

肖东敏 ， 韩元培

(开封龙宇化工有限公司 开封市功能与结构化工材料工程技术研究中心 开封市聚甲醛基新材料重点实验室 ， 河南 开封 475200)

介绍了开封龙宇45 t/h循环流化床燃煤锅炉烟气排放现状，对SNCR脱硝技术进行了对比并选择了氨法SNCR脱硝技术进行应用。改造后烟气中氮氧化物(以下简称NOx)排放浓度降低了70%以上，达到了预期效果。

SNCR脱硝技术 ; 锅炉 ; 烟气 ; 环保 ; NOx

0 前言

开封龙宇年产4万t聚甲醛装置有45 t/h循环流化床燃煤锅炉3台，正常生产时2开1备，烟气排放量在260×104m3左右，烟气中NOx排放浓度300～350 mg/Nm3，符合《锅炉大气污染物排放标准》(GB13271-2014)中大气污染物排放限值的要求。

为降低锅炉外排烟气中NOx排放浓度，公司采取了在煤中添加尿素等临时措施，可使外排烟气中NOx排放浓度降至250～300 mg/Nm3，取得了一定的成效。由于在煤中添加尿素的均匀度不易控制，且受炉内脱硫剂石灰石用量的影响，以及煤种的不同而出现烟气中NOx排放浓度波动，而且添加尿素等临时措施因其具有明显的滞后性，往往不能及时调控，造成烟气中氮氧化物指标波动较大。鉴于此，公司开展了锅炉脱硝技术改造项目，以稳定烟气排放指标并满足国标中对污染物排放的要求。

1 SNCR脱硝技术比较与选择

SNCR脱硝技术即选择性非催化还原(Selective Non-Catalytic Reduction，以下简写为SNCR)技术，是一种不用催化剂，在温度850～1 100 ℃内，将含氨基的还原剂(如氨水、尿素溶液等)喷入炉内，将烟气中的NOx还原脱除，生成氮气和水的清洁脱硝技术[1]。该还原剂迅速热分解成NH3并与烟气中的NOx进行SNCR反应生成N2，该方法是以炉膛为反应器，最终产物为N2、CO2、和H2O，不会造成二次污染。

以NH3作为还原剂的主要反应为：

以尿素作为还原剂的主要反应为：

4N2↑+2CO2+4H2O

1.1 以氨水为还原剂的SNCR脱硝技术

釆用氨水为还原剂时，一般采用将氨水直接喷入SNCR反应区，因此不需要任何蒸发器或加热系统，系统简单。氨水储存在储罐中，保持常温常压即可。使用时氨水储罐内通过泵输送到在线稀释系统，稀释到浓度10%后，送到喷射系统，通过喷嘴喷入循环流化床锅炉的旋风分离器。采用氨水系统时，一般采用浓度为20%的氨水。

1.2 以尿素为还原剂的SNCR脱硝技术

与氨水系统类似，尿素作为还原剂时，向旋风分离器中喷入的是液体而不是气体。

以尿素作为还原剂的工艺流程为：固体尿素颗粒和除盐水在溶解罐内搅拌溶解，制备成50%的尿素溶液。为了保证尿素溶液的供应连续性，将尿素溶液输送到尿素储存罐内，同时尿素储存罐还起到缓冲的作用，保证尿素溶液浓度均匀。尿素储存罐内50%的尿素溶液通过泵输送到在线稀释系统稀释到浓度10%后，再送至SNCR反应区直接喷入锅炉内作为还原剂。

为了防止尿素固态结晶的析出，50%的尿素溶液的储存设备和管道都需要采用电加热或蒸汽加热等伴热措施，使尿素溶液保持在16 ℃以上，尿素溶解罐需要设计一个循环回路，保证尿素和水充分混合。

1.3 两种技术的对比

1.3.1 脱硝效率

对于氨水系统，氨水喷入之后需要经过液滴的破碎雾化过程，细小液滴的加热蒸发过程，形成氨气之后才会与氮氧化物反应。对于尿素系统，尿素溶液喷入之后同样需要经过液滴的雾化、蒸发过程，与氨水系统不同的是，尿素无法直接与烟气中的氮氧化物发生反应，而是需要先分解为氨后才会反应，由于尿素无法完全转化为氨，在转化过程中会产生副产物。因此，在相同的反应条件下尿素系统与氨水系统相比会存在反应的滞后性，同时效率也会略低一些。

1.3.2 稳定性

尿素系统需要加热器和循环回路，而氨水系统不需要使用上述设备，从这一方面来看，氨水系统的运行要更稳定一些。

1.3.3 安全性

氨水属于危险化学品，在采购和运输时会受到一定的限制；尿素系统的安全性好，不存在空气污染和爆炸的问题。

1.3.4 经济性

由于尿素系统需要对尿素进行溶解和加热，系统复杂，设备占地大，初期投资高。为了防止尿素因低温再结晶，需要对尿素储存罐和尿素管线设伴热措施，运行费用也很高。因此尿素系统造价高于氨水系统。氨水系统流程简单，不需要设置额外的加热或蒸发设备，使得系统大大简化，工程造价低。

1.4 脱硝技术的选择

对于两种技术，在工程应用中均有实际运行业绩，可以实现60%～75%的脱硝效率[2]。鉴于公司的实际情况，因地制宜，釆用以氨水为还原剂的SNCR脱硝技术。

2 主要内容

对三台循环流化床锅炉SNCR脱硝技术进行改造。用氨水作还原剂喷入分离器进口烟气中，每台锅炉各安装4只喷抢，使氨水能够与烟气充分混合，并与烟气中的NOx进行快速反应生成H2O和N2，降低NOx浓度，使烟气NOx浓度达到环保排放要求。

脱硝系统分为卸氨系统、氨水储罐系统、氨水输送系统、稀释水储存系统、稀释计量系统、分配喷射系统、压缩空气系统、烟气监测系统及控制系统等组成。

2.1 卸氨系统

外购20%浓度氨水运输至厂区后，通过卸氨泵将槽罐车内的氨水输送至氨水储罐。由于氨水易挥发，氨水储罐内的氨蒸气通过管道连接至稀释水箱，氨蒸气可被水吸收，从而防止了氨气泄漏的隐患。

2.2 氨水存储系统

采用1台50 m3储罐，罐区设置围堰、喷淋装置、氨气泄漏报警、接地装置等安全措施。氨水储罐的设计压力为常压，设计温度为常温，储罐材质使用304材质，安装型式为立式。氨水罐安装有液位计、呼吸阀、排气阀等附属设施。为了便于维护、检查和操作，氨水罐设置爬梯、检修操作平台。

2.3 氨水和稀释水输送系统

氨水储罐氨水由氨水泵及其控制系统，回流控制系统、压力检测系统及相应阀门组成。能根据锅炉系统不同运行工况，以及燃料、氨水浓度、烟气中氮氧化物浓度变化，实时改变喷入锅炉还原剂的量，同时可控制喷入还原剂与烟气中氮氧化物的氨氮比值，可在1.2～2.0范围内调节。

2.4 稀释计量系统

该系统设有流量计、手动球阀、止回阀、混合器等设备，通过对氨水和稀释水的计量、混合达到最佳脱硝浓度。

2.5 分配喷射系统

每台锅炉配置1套分配喷射系统，就近布置在锅炉分离器进口钢架平台上，计量及分配装置用于控制氨水流量。喷枪采用独立的流量和压力控制系统。可根据锅炉不同运行工况以及燃料、氨水浓度、烟气中氮氧化物浓度变化，打开或关闭氨水喷枪，或调整喷枪氨水的流量。为提高脱硝反应的效率，喷枪布置在锅炉的旋风分离器入口，共4支喷枪，喷枪采用316L材质，加碳化钨套管，保证喷枪在锅炉高温环境中有足够的使用寿命。喷枪停运后调小压缩空气喷射量，但仍需保持一定量的压缩空气喷吹，防止粉尘堵塞喷枪，同时起到保护喷枪的冷却作用。喷枪能适应氨水溶液的不同流量，在流量变化幅度较大时也能保持优良的雾化效果，不使用的喷枪可退出锅炉，延长喷枪寿命。

每支喷枪由喷枪本体、喷嘴座、雾化头、喷嘴罩4部分组成。雾化介质的作用是加强氨水溶液与烟气充分混合，有利于保证脱硝效果，提高还原剂利用率，减少尾部氨残余。氨水溶液的雾化有利于提高还原剂喷射速度、增加喷射动量。雾化不要求把还原剂全部雾化成很小的液滴，而是一定比例的不同尺寸液滴。小液滴在喷入口炉壁附近的低温区就挥发反应，而大液滴则可以深入锅炉才析出反应。雾化介质的主要功能是提高液滴的喷射动量，喷射动量取决于喷射速度和喷射物的质量。为了提高喷射动量，主要集中在提高喷射速度上利用锅炉上原有压缩空气气源作为雾化介质。

3 应用效果

脱硝系统投用后运行稳定，对锅炉燃烧工况、脱硫、除尘系统未见明显影响。改造前平均烟气NOx排放浓300 mg/Nm3，改造后平均烟气NOx排放浓度为85 mg/Nm3，降低了215 mg/Nm3，脱硝效果明显。

[1] 董 陈,赵树春,徐宏杰,等.燃煤锅炉SNCR脱硝工艺关键技术[J].热力发电,2016,45(12):73-77.

[2] 周国民,唐建成,胡振广,等.燃煤锅炉SNCR脱硝技术应用研究[J].电站系统工程,2016,26(1):18-21.

上海硅酸盐所锂空气电池电极材料的设计和机理研究获进展

锂空气二次电池因具有超高的理论比能量而成为国际上的研究与开发热点，然而由于其正极复杂的气—液—固共存的三相结构，及其在循环稳定性、能量效率等方面所存在的问题，其实际应用仍然面临很大的挑战，开发高效的空气电极催化剂等材料十分迫切。近日，中国科学院上海硅酸盐研究所研究员温兆银带领的团队在锂空气电池电极材料的设计和机理研究方面取得新进展。他们针对金属硫化物的催化惰性，以材料晶体结构修饰为手段，成功制备了具有高度晶格畸变的亚稳态金属硫化物正极材料，具有潜在的应用价值。同时，他们还成功揭示了锂空气电池中间放电产物在氧空位位点的自催化分解反应，放电产物自催化分解现象的发现也可以为未来高效正极的设计提供新的思路和解决方案。

温兆银团队在前期成功合成定向结构三维二硫化钼材料的基础上，采用低温液相法成功地设计了层内二硫化钼/二硒化钼异质结构，通过与美国伊利诺伊斯大学合作进行的球差校正扫描透射电镜分析证明了该层状材料层间和层内高度的晶格畸变，且沿相同晶面呈现间距不规则的特性，这种高度畸变的亚稳结构能够显著提升材料的催化活性。原位透射电镜揭示了锂离子在材料结构中的快速穿梭和传输。此种高活性的催化剂首次成功地实现了金属硫化物在锂空气电池中的稳定深度循环，具有潜在的应用价值。

同时，经过两年的努力，该团队还在相关催化机理上获得了突破。他们在成功制备超薄三氧化钼纳米片的基础上引入氧空位缺陷，在电池的测试过程中，这种富氧空位正极材料呈现独特的四个独立阶段的特征。针对这四个典型的过程进行深入分析发现，在放电过程中，这些氧空位的活性位点可以形成局部的高浓度活性氧聚集点，与锂离子发生反应形成稳定的超氧化锂类似物(Li2-xO2)，当氧空位逐渐饱和后，在Li2-xO2表面逐渐形成稳定的Li2O2放电产物。充电起始阶段，Li2-xO2与氧缺陷位点可以作为Li2O2分解的高效催化剂，实现<3.5 V的低充电电压，而超氧化锂能够在～3.5 V的电压平台快速分解，有效地降低了电池的充电过电势。该项成果不仅解释了氧空位缺陷在Li-O2电池充放电过程中的催化机理，同时放电产物自催化分解现象的发现可以为未来高效正极的设计提供新的思路和解决方案。

2017-03-28

肖东敏(1983-)，男，助理工程师，从事化工新材料聚甲醛的生产管理及节能减排工作，电话：0371-22277877，E-mail：407991870@qq.com。

TQ051.13

B

1003-3467(2017)06-0051-03