SNCR烟气脱硝技术原理及分系统分析

李春莲1王培杰2张廷江3

关键词：SNCR烟气脱硝技术原理分系统

1.概述

氮氧化物(NOx)是造成大气污染的主要污染源之一，火力发电厂是NOx排放的主要来源之一。对常规燃煤锅炉而言，NOx主要通过燃料型生成途径而产生。控制NOx排放的技术指标可分为一次措施和二次措施两类，一次措施是通过各种技术手段降低燃烧过程中的NOx生成量；二次措施是将已经生成的NOx通过技术手段从烟气中脱除。

2.SNCR脱硝技术方案

2.1SNCR烟气脱硝技术原理

SNCR是用NH3、尿素等还原剂喷入炉内与NOx进行选择性反应，不用催化剂。还原剂喷入炉膛温度为800~1250℃的区域，该还原剂（尿素）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。

从SNCR系统逃逸的氨可能来自两种情况，一是由于喷入点烟气温度低影响了氨与NOx的反应；另一种可能是喷入的还原剂过量或还原剂分布不均匀。

SNCR系统烟气脱硝过程是由下面四个基本过程完成：（1）接收、储存、制备还原剂；（2）还原剂的计量输出、与水混合稀释；（3）在锅炉合适位置注入稀释后的还原剂；（4）还原剂与烟气混合进行脱硝反应。

2.2SNCR脱硝技术的特点

可使用尿素作为还原剂，安全可靠；不使用催化剂，利用锅炉炉膛作为反应器，反应温度800～1250℃；由于不使用催化剂，不产生SO2/SO3的氧化，导致空预器堵塞或腐蚀的机会很小；NH3逃逸10～15ppm；不产生新的烟风系统压力损失；燃料可以随意变化，不会影响脱硝效率；

2.3SNCR法NOx控制机理

在高温没有催化剂的条件下，氨基还原剂（如尿素、氨气、氨水）喷入炉膛（如下图），热解生成NH3与其它副产物，在800~1250℃温度窗口，NH3与烟气中的NOx进行选择性非催化还原反应，将NOx还原成N2与H2O。

SNCR脱硝反应受温度条件、停留时间、NH3/NO摩尔比（NSR）、混合程度等因素的影响。

2.4反应温度的影响

NH3与NOx反应过程受温度的影响较大：反应温度超过1000℃时，NH3被氧化成NOx，氧化反应起主导；反应温度低于1000℃时，NH3与NOx的还原反应为主，但反应速率降低，易造成未反应的NH3逃逸过高。选择性非催化还原烟气脱硝过程是上述两类反应相互竞争、共同作用的结果，如何选取合适的温度条件是该技术成功应用的关键。

为适应锅炉负荷的变化，通常多层或每层的个别喷射器，高负荷时投运上层喷射器，低负荷时投运下层喷射器。

2.5对锅炉效率的影响

尿素水溶液喷入炉膛高温烟气中，雾化液滴的蒸发热解是一个吸热过程，需要从烟气中吸收部分热量，这可能会增加锅炉的热损失。通常可以控制尿素溶液的喷入量，使SNCR装置对锅炉热效率的影响小于0.3～0.5%。

3分系统介绍

3.1SNCR系统

以尿素为还原剂进行SNCR工程方案设计时，整个SNCR系统包括尿素溶液制备系统（公用）、尿素溶液存储系统（公用）、尿素溶液输送系统、除盐水系统、计量混合系统和分配喷射系统（每台锅炉一套）等。

尿素溶液制备系统包括1个尿素溶解罐、2个尿素溶液转存泵（一用一备）、搅拌器和其电气/控制系统等；尿素溶液存储系统包括1个尿素溶液储罐和其电气/控制系统等；尿素溶液输送系统包括6台多级离心泵（3用3备）和其电气/控制系统等；除盐水系统包括1个除盐水储罐和4台离心泵（2用2备）；计量混合系统包括6台计量混合稀释模块；喷射系统包括6个分配模块和24个气动伸缩式喷枪（每个旋风分离器2个，每台锅炉4个，分2层安装）及电气/控制系统等。

3.2工艺系统

工艺系统由尿素溶液配置、输送模块、计量混合模块、分配模块、喷枪及仪表风系统等组成。

3.2.1尿素溶液配置及供应系统

采用人工进行尿素溶液配置。系统共设有1个溶解罐及1个尿素溶液储存罐。通过人工加尿素，在溶解罐内配置出40%的尿素溶液，经转存泵输送至尿素溶液储存罐存储，供应六台机组脱硝使用。尿素溶液及除盐水输送模块中的每台离心泵、电动调节阀及计量系统用于精确计量和独立控制到锅炉内每个喷射区的还原剂喷射量。该模块连接并响应来自机组燃烧控制系统、NOx和氧监视器的控制信号，根据这些信号，自动计算还原剂流量，发出信号改变电动调节阀的开度，改变还原剂的流量。对NOx水平、锅炉负荷、燃料或燃烧方式的变化做出响应，打开或关闭注入区或控制其质量流量。

3.2.2炉区工艺系统

喷射系统用来将10%左右浓度的尿素溶液注入锅炉的炉膛，这个系统由几个模块组成。这些模块的功能应能适应以尿素为还原剂SNCR工艺。这个系统布置于炉区，主要由下面的部件/模块组成：混合稀释模块、分配模块、喷射模块。

3.3脱硝热工自动化系统

本工程烟气脱硝采用选择性非催化还原法（SNCR）脱硝技术，还原剂选用尿素溶液。脱硝热工自动化系统是脱硝系统的重要组成部分，是脱硝系统正常运行的基本条件。脱硝热工自动化系统主要包括以下几部分：就地仪表检测系统，脱硝PLC控制系统,其他辅助系统。

脱硝工艺设备的布置分锅炉区域和公用区域。锅炉区域除布置尿素溶液的计量、分配、喷射等工艺设备及模块外，分配模块控制设备也布置在锅炉区域。公用区域布置六台机组共用尿素溶液制备系统设备及输送模块控制盘柜。工程师站及操作员站布置在热源厂输煤控制室。

机组脱硝SNCR区域和尿素制备系统（公用系统）采用PLC进行控制，在输煤控制室内布置操作员站和工程师站，通过操作员站对脱硝系统进行集中监控，控制范围包机组的烟气脱硝系统及脱硝公用系统（尿素溶解、尿素溶液储存、尿素溶液输送等），就地除主体设备成套带的控制盘外，不设其他就地控制手段。

3.4电气系统

电气部分设计内容为脱硝装置内电气系统，包括脱硝范围内的供配电系统、电气控制与保护、照明及检修系统、防雷接地系统及安全滑触线、电缆和电缆构筑物、电气设备布置等。

脱硝电气系统电压等级为交流380/220V三相四线制供电系统。尿素区电气系统布置在尿素区域内单独的电控配电间，其环境满足设备要求。脱硝系统SNCR区的设备接地利用锅炉房接地网，不在单独敷设接地网。

脱硝尿素区域设置室内接地接地网。接地网由水平接地体组成，水平接地体采用50x6mm2镀锌扁钢距地坪或楼面宜保持250mm的距离沿墙敷设于墙体的抹面层内，每层的接地网至少有两处上下相连。尿素区室内接地网至少有四处与电厂的主接地网电气连接。

参考文献：

[1]徐克涛等.CFB锅炉SNCR烟气脱硝系统运行分析及改进[J].华电技术,2016,(07).

[2]韩应等.SNCR烟气脱硝技术在330MW级CFB锅炉的应用[J].洁净煤技术,2013,(06).

[3]杨玉环等.新型SNCR烟气脱硝工艺在300MWCFB锅炉的应用[J].电站系统工程,2015(01).