电站锅炉SNCR法脱硝工艺原理分析

李智文

（陕西煤业化工集团神木电化发展有限公司，陕西榆林719316）

1 引言

当前，国内火电厂锅炉烟气脱硝工艺绝大多数采用SCR法（选择性催化还原法）、SNCR法（选择性非催化还原法）和SCR法+SNCR法联合脱硝。采用的还氧剂多数是尿素或氨水，通过溶解稀释，配制成一定浓度的溶液，通过脱硝系统喷枪喷入锅炉炉膛内部，尿素或氨水分解生成氨气，氨气和烟气中的氮氧化物发生化学反应后，生成氮气和水，从而起到降低烟气中氮氧化物排放浓度的目的。

2 电站燃煤锅炉生成氮氧化物的原理

煤在燃烧过程中产生氮氧化物的途径主要有3种，即热力型、燃料型和快速型[1]。

热力型氮氧化物，煤在高温条件下燃烧，空气中的氮气和氧气发生氧化反应，生成氮氧化物。热力型氮氧化物的生成主要与燃烧反应温度、氧气浓度和反应时间等因素有关。

由于空气中的主要成分是氮气，约占大气总量的78.08%（体积百分比）。在通常状况下，氮气是一种无色无味的气体，化学性质十分稳定,常温下很难与其他物质发生反应，可以认为是惰性气体。如果在高温高压下，特别是有催化剂存在的条件下,氮气和氧气会发生化学反应生成氮氧化物。由于氮气的化学性质不活泼，如果没有催化剂，在温度低于1 000℃时，很难和氧气发生化学反应。由于循环流化床锅炉炉膛温度约为800～1 150℃，所以，热力型氮氧化物的生成量很少。

快速型氮氧化物主要是指燃料中的碳氢化合物在燃料浓度较高区域燃烧时所产生的烃（CxHy）与空气中的氮气发生反应，生成的氮氧化物。因此，快速型氮氧化物主要产生于碳氢化合物含量较高、氧浓度较低的富燃料区，多发生在内燃机的燃烧过程中，而在电站燃煤锅炉中，生成量很少。

燃料型氮氧化物，煤在燃烧过程中，煤中含氮的化合物发生热分解反应，生成氮氧化物，氮化物的热分解温度低于煤粉燃烧温度，在600～800℃就会发生反应生成燃料型氮氧化物。燃料型氮氧化物占煤粉燃烧生成氮氧化物总量中的60%～80%。氮氧化物的生成和还原与燃烧温度、氧浓度有关外还与煤的特性、煤中氮化物的存在状态等相关[2]。

根据以上3种氮氧化物的生成机理可知，电站锅炉燃烧过程中，烟气中的氮氧化物主要是燃料型氮氧化物。而热力型氮氧化物和快速型氮氧化物，产生量比较少。只有当锅炉炉膛温度超过1 300～1 500℃以上时，热力型氮氧化物生成量逐步提高，而且随着温度的升高，产生的量越来越高。

3 氮氧化物对人体的危害

氮氧化物主要包括N2O、NO、NO2等，除NO2之外，其余的氮氧化物很不稳定，在光热环境下发生相互转化。氮氧化物一般都具备一定的毒性，不仅会危害人体健康，对环境也会造成非常严重的污染。首先，氮氧化物会吸收大气层中的紫外光和可见光，与某些碳氢化合物反应后，生成烷基以及硝基化合物等，这些生成物混合在一起，呈现出烟雾的形态，称为光化学烟雾。这种烟雾会刺激人的眼睛，影响植物的正常生长，还会导致大气能见度的降低，给人们的生产以及日常生活带来不便。因此，有效控制废气中氮氧化物的排放量非常必要。

4 电站燃煤锅炉氮氧化物的减排措施

当前，多数电站锅炉通常有2种：一种是煤粉炉；另一种是循环流化床锅炉。由于煤粉炉炉膛温度比较高，炉膛温度一般已超过1 400℃，有利于氮气和氧气发生化学反应，导致煤粉炉烟气中的氮氧化物浓度比较高。所以，煤粉炉即使采用了脱硝工艺，也很难把烟气中氮氧化物排放浓度控制在排放标准之内。所以，多数火电厂一般会对煤粉炉通过低氮燃烧技改，降低炉膛温度等燃烧条件，达到降低氮氧化物的产生量。进而通过脱硝工艺，达到降低烟气中氮氧化物排放浓度的目的。

而循环流化床锅炉，炉膛温度比较低，一般在800～1 150℃。在此条件下，烟气中氮氧化物的主要来源是燃料型氮氧化物，这种炉型更有利于氨气和氮氧化物发生化学反应，达到脱硝目的。

SNCR法是一种通过向锅炉燃烧气体中喷入配置好的尿素溶液或氨水等其他药剂，尿素在高温状态下发生烈解反应，生成氨气。氨气和氮氧化物发生化学反应，生成氮气和水，达到降低烟气中氮氧化物排放的目的。下面，主要针对循环流化床锅炉SNCR法脱硝工艺进行分析。

把配制好的尿素[CO（NH2）2]溶液，通过脱硝系统喷入锅炉炉膛（温度范围为800～1 150℃）。尿素在高温下发生分解反应：CO（NH2）2→2NH3+HNCO，生成还原剂氨气。氨气有“有选择性”地与烟气中的氮氧化物发生反应生成无毒、无污染的N2和H2O。其化学反应方程式为：

但是氨气和氮氧化物发生反应和温度有极大的关系，当环境温度低于800℃时，氨气和氮氧化物发生反应的效率明显降低，导致烟气中的氮氧化物排放浓度升高。同时，由于氨气反应不完全，部分氨气会在烟气中排出，这就是我们常说的氨逃逸。

如果锅炉炉膛温度超过1 200℃时，氨气和氧气发生氧化反应生成氮氧化物，4NH3+5O2=4NO+6H2O。同时，有利于炉膛中的氮气和氧气发生氧化反应，生成的氮氧化物。当温度超过1 300～1 500℃时，氮气和氧气加速发生氧化反应，生成氮氧化物，抵消了氨气的脱硝效果，烟气中氮氧化物排放浓度会大大提升。所以，锅炉烟气脱硝效率和环境温度有着密切的关系。温度过高或过低都会导致氮氧化物脱除率下降。

所以，为了提高脱硝效率，降低烟气中氮氧化物的排放浓度。运行人员必须要加强锅炉燃烧工况调整，确保氨气在锅炉最佳温度下和氮氧化物发生反应，达到最佳脱硝工况。

5 结语

综上所述，随着我国经济的高速发展，电力能源的作用更加突出，火电厂锅炉烟气中氮氧化物等污染物排放量的增多，对环境污染带来了比较严重的影响。因此，火电厂必须做好烟气脱硝工作，减少烟气中氮氧化物的排放量，可以有效缓解环境的压力，减少对环境的破坏。