浅谈循环流化床锅炉SNCR技术

浅谈循环流化床锅炉SNCR技术

曲晓童郭宛昕石兴

（内蒙古京泰发电有限公司内蒙古鄂尔多斯017000）

摘要：随着国家对氮氧化物排放标准的进一步提高，高效而清洁的脱硝工艺已然成为一种必要趋势。文章主要以内蒙古某电厂300MW亚临界循环流化床机组为研究对象，分别对氮氧化物生成机理、脱硝技术原理、技术特点、技术流程及其效率影响因素等方面进行了分析与探讨，确认了在循环流化床机组锅炉上应用SNCR脱硝技术的优势。

关键词：循环流化床锅炉；环境保护；SNCR技术

0引言

NOx是一种威胁人体健康和大气环境的主要污染源，它能破坏人体中枢神经和组织器官功能，造成哮喘和肺气肿，同时在强光下还能与碳氢化合物发生光化学污染，排放到环境中的NOx一方面形成酸雨，对水陆生态系统造成损伤；另一方面对臭氧层造成破坏，产生温室效应，严重危害生态环境。近年来，国家对环境保护问题急切关注，相关部门陆续提出系列方案严格控制氮氧化物的排放，并且规定了新投产的火电机组必须进行超低排放改造升级。

1、NOx生成机理

燃料在燃烧过程中生成的氮氧化物成分和含量不尽相同，主要包括一氧化氮、二氧化氮和一氧化二氮，一氧化氮的生成量占比相当之大，而二氧化氮和一氧化二氮生成量却微乎其微。根据燃料和燃烧条件的不同，NOx的产生机制主要分为热力型、快速型和燃料性三种。空气中的氮气在高温环境中与氧气发生化学反应生成的氮氧化物为热力型氮氧化物；快速型氮氧化物的生成是空气中碳氢化合物CMHN与空气中的氮气燃烧生成的氮氧化物；燃料型氮氧化物就是指燃料中的氮元素发生氧化反应生成的产物。热力型和快速型氮氧化物的产生需要有足够高的化学反应温度，由于循环流化床机组锅炉的结构特点和燃烧特性，能够严格控制炉膛内温度在一定范围内，很难达到热力型NOx和快速型NOx所要求的反应温度，所以循环流化床机组锅炉生成的氮氧化物主要是燃料性NOx。

2、SNCR脱硝技术特点

选择性非催化还原反应脱硝工艺是目前全球各个电厂降低氮氧化物排放数值的技艺之一。该项脱硝工艺技术具有前期投资费用低、设备维护方便、系统简单，无需催化剂、脱硝效果较好等优点，但是参与反应所需要的还原剂消耗量大，脱硝效率不高，同时极易造成脱硝氨逃逸量大等诸多问题。此工艺采用脱硝喷枪并利用一定压力的的压缩空气将氨基还原剂溶液进行良好充分地雾化，被雾化成小液滴的反应溶液进入炉内烟温为850—1050℃的对流换热区域，与炉内生成的氮氧化物进行选择性还原反应。

3、SNCR脱硝技术流程

通过稀释水压力控制系统中的变频多级立式稀释水泵打出的除盐水和尿素溶液循环泵打出的50%wt的尿素溶液混合，将原始的尿素溶液稀释至5%—10%wt，并以一定压力、流量进入炉区3个尿素分配模块,每个尿素模块配置不同数量的机械式喷枪，并通过脱硝用压缩空气罐提供的压力不小于0.45Mpa的厂用压缩空气对喷枪喷出的尿素溶液进行良好雾化。

4、SNCR脱硝技术原理

利用脱硝喷枪将一定压力的氨基溶液喷入炉内对流受热面区域内，通常选择炉膛上部或者旋风分离器作为反应混合容器。氨基还原剂溶液受到高温环境迅速自动受热分解，分解后的气态产物与高温烟气中的氮氧化物进行良好混合，进行氧化还原反应并生成对环境无污染的氮气和水。反应混合区域有一定氧气存在，会影响还原剂溶液与氮氧化物参与反应，但是主要受温度的影响较大。反应窗温度超过1050℃时，被分解的氨气会主动与混合区域内的氧气发生氧化反应，氨基被氧化成NOx；当温度在850—1050℃范围内时，主反应为NH3的还原反应，氨基还原剂溶液会主动和氮氧化物进行化学反应，不会被氧气所氧化。

其主要化学反应方程式为：

还原剂为氨基溶液时：4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O

4NH3+2NO2+O2→3N2+6H2O

还原剂为尿素时：4NO+2CO(NH2)2+O2→4N2+2CO2+4H2O

当反应区域温度超过合理范围时，NH3极易被O2所氧化，即：4NH3+5O2→4NO+6H2O

5、SNCR脱硝技术的可行性

由于循环流化床锅炉旋风分离器的独特结构特点，因此将其作为氨基还原剂的喷入点和混合反应器十分必要。旋风分离器结构尺寸较大，在引风机抽吸负压的作用下，烟气流动速度较快，流动路径较长，烟气的扰动能力十分剧烈，其独特的结构特点使得氨基还原剂溶液能够与烟气进行良好而充分地混合，而且增加了氨基溶液在混合容器内的反应停留时间。以上优点提高了循环流化床锅炉的SNCR工艺的脱硝效率，使其脱硝效率达到50%—80%。

6、影响脱硝效率的因素

（一）反应窗位置及温度的影响

在锅炉SNCR烟气脱硝技术中，至关重要的是氨基还原剂溶液喷入位置的选择，即温度窗口的选择。不同的氨基还原剂适合于不同的反应窗温度范围，理想的温度窗反应范围是锅炉内850-1050℃的烟气对流换热区域，在这个反应温度区间，烟气脱硝发生良好混合反应，脱硝效率高。但如果反应窗温度过高，氨的高温受热分解以及氨基还原剂的氧化会使烟气中的NOx含量不但不会减少，反而会异常增多，使NOx还原率降低；如果反应窗温度过低，氨基还原剂不能充分反应且分解不彻底，浪费大量资源，也会使NOx还原率降低，造成脱硝氨逃逸率增加，对空预器冷端形成堵塞和腐蚀问题，增加烟气系统阻力，降低脱硝效率和锅炉效率。

（二）反应停留时间

影响SNCR脱硝效率的因素不仅仅是温度窗的选择，脱硝反应时间也扮演着重要角色。要知道任何化学反应必须得有合适的混合停留时间，这样锅炉烟气中NOx的还原率才能得以保障。脱硝反应时间就是指还原剂在炉膛上部或者旋风分离器等对流换热区域内的停留时间，烟气SNCR脱硝工艺中的所有物理及化学反应必须在此刻完成。在反应停留时间阶段，需要完成锅炉烟气和氨基还原剂的混合、水溶液的蒸发、氨基还原剂的热分解、氨的进一步分解以及NOx的还原反应。脱硝反应时间的长短代表着化学物质之间是否良好接触和混合，合理的反应停留时间提高了脱硝效率。

（三）NH3/NOx摩尔比的影响

脱硝反应过程氨氮的比值，称之为摩尔比。摩尔比的最终确定由脱硝还原效率决定。控制NH3/NOx的比值在合理范围对于脱硝反应十分必要。在合理的比值范围内，摩尔比越大,氮氧化物的还原率越高,脱硝效果越明显，但是超过比值范围时脱硝效果显著下降,甚至增加脱硝氨逃逸率｡

7、结束语

在循环流化床机组中采用SNCR脱硝技术，不但可以降低环境污染，充分响应国家环保政策，而且该技术具有占地面积小、设备维护方便，投资费用低等优势，并且在脱硝方面展现出的优越性，使其在循环流化床机组中具有广阔的应用前景。

8、参考文献

［1］四川省电力局.循环流化床燃烧技术．北京:中国电力出版社,1998

［2］朱国桢，徐洋.循环流化床锅炉设计计算．北京:清华大学出版社,2004

作者简介

曲晓童（1992）男助理工程师现任内蒙古京泰发电公司集控值班员邮编017000

郭宛昕（1994）女助理工程师现任内蒙古京泰发电公司党群部宣传干事邮编017000

石兴（1974）男工程师现任内蒙古京泰发电公司发电运行部副部长邮编017000