第二節　SNCR煙氣脫硝系統

一、SNCR還原劑

（一）還原劑的選擇

用于SNCR脫硝工藝中常使用的還原劑有尿素、液氨和氨水。若還原劑使用液氨，則優點是脫硝系統儲罐容積可以較小，還原劑價格也最便宜；缺點是氨氣有毒、可燃、可爆，儲存的安全防護要求高，需要經相關消防安全部門審批才能大量儲存、使用；另外，輸送管道也需特別處理；需要配合能量很高的輸送氣才能取得一定的穿透效果，一般應用在尺寸較小的鍋爐或焚燒爐。若還原劑使用氨水，氨水有惡臭，揮發性和腐蝕性強，有一定的操作安全要求，但儲存、處理比液氨簡單；由于含有大量的稀釋水，儲存、輸送系統比氨系統要復雜；噴射剛性，穿透能力比氨氣噴射好，但揮發性仍然比尿素溶液大，應用在墻式噴射器的時候仍然難以深入到大型爐膛的深部，因此一般應用在中小型鍋爐上。還原劑采用尿素，尿素不易燃燒和爆炸，無色無味，運輸、儲存、使用比較簡單安全；揮發性比氨水小，在爐膛中的穿透性好；效果相對較好，脫硝效率高，適合于大型鍋爐設備的SNCR脫硝工藝。近年來，以尿素為還原劑的SNCR裝置在火電廠中有較多的應用。

（二）溫度的影響和噴入點的選擇

在不同溫度下，采用SNCR技術的NO_x脫除效率如圖3-13所示（分別以氨和尿素作為還原劑進行比較）。尿素的選擇性非催化還原的最佳溫度是900～1100℃。

反應溫度是影響SNCR過程的主要因素，溫度過高或過低都不利于控制污染物的排放。當溫度過高時，NH₃的氧化反應就會占主要地位，尿素溶液分解出來的氨沒有還原NO_x，反而和氧反應生成NO_x；當溫度較低時，反應速率下降，還原劑未反應而是直接穿過鍋爐造成氨穿透。由于爐內的溫度分布受到負荷、煤種等多種因素的影響，溫度窗口隨著鍋爐負荷的變化而變動。因此，要求噴入點能隨鍋爐負荷等因素的變化而變化。

（三）合適的停留時間

任何化學反應都需要時間，還原劑必須和NO_x在合適的溫度區域內有足夠的停留時間，這樣才能保證煙氣中的NO_x還原率。還原劑在最佳溫度窗口的停留時間越長，脫除NO_x的效果則越好。NH₃的停留時間超過1s可以達到最佳NO_x脫除率。尿素需要0.3～0.4s的停留時間才能達到有效脫除NO_x的效果。

二、SNCR脫硝系統組成

以采用尿素為還原劑的SNCR系統為例，典型的SNCR脫硝系統主要包括尿素存儲系統、尿素溶液配制系統、尿素溶液儲存系統、溶液噴射系統和自動控制系統。尿素溶液配制系統實現尿素儲存、溶液配制和溶液儲存的功能，然后由在線稀釋系統根據鍋爐運行情況和排放情況在線稀釋成所需的濃度，送入噴射系統。噴射系統實現各噴射層的尿素溶液分配、霧化和計量。

1.尿素供應站

尿素存儲系統、尿素溶液配制系統和尿素溶液儲存系統集中布置，共同組成尿素供應站。尿素供應站主要設備包括干尿素儲倉、計量倉、螺旋輸送機、配液池、尿素溶液儲罐、尿素溶液輸送泵和水加壓泵。在尿素供應站內，完成尿素儲存、尿素溶液配制的任務，泵送到爐前噴射系統。

2.爐前噴射系統

爐前噴射系統由N層噴射層組成，每層由M個噴射器組成。N層噴射層布置在爐窯適當的位置，以適應爐窯煙氣溫度變化，使尿素溶液在最佳反應溫度窗口噴入爐窯內。每層噴射層都設有總閥門控制本噴射層是否投運，不投運的噴射槍則由氣動推進器帶動退出爐窯膛避免高溫受熱。各噴射層的尿素管道和霧化蒸汽管道上均設有調節閥門，控制噴射層的流量。

3.自動控制系統

自動控制系統采用獨立的可編程序控制器（PLC），系統單獨設置1臺工程師站（兼操作員站），預留OPC通信接口與電廠集散控制系統（DCS）通信，系統設有必要的報表、查詢和報警等功能。控制系統根據采集的相關信號，控制、調節主要設備運行情況和噴槍運行情況，實現高效脫硝。

三、SNCR脫硝系統生產流程

SNCR脫硝系統工藝流程見圖3-14。

1.溶液配制

把固態尿素人工倒入配料池，打開進水電動開關閥，根據配料池液位信號控制注入配料池的水量，當配料池中溶液液位達到指定位置時，關閉進水氣動開關閥，水溫保持在70℃左右，保證尿素的最佳溶解。開啟配料池攪拌電機，使尿素溶液充分溶解。配制成尿素溶液儲存待用。配料池起到了尿素溶液配制和儲存的作用。

2.尿素溶液的輸送

開啟配料池出液開關閥，尿素溶液經過尿素供料泵提升壓力，與提升壓力后稀釋水混合，配制成的尿素溶液噴入爐內。尿素溶液的調節閥根據尿素溶液在與稀釋水混合前的壓力來調節開度，起到控制尿素溶液在混合前的壓力和流量的作用。根據實際情況調節尿素溶液調節閥和稀釋水調節閥，控制混合的尿素溶液的流量和壓力及稀釋水的流量和壓力，配制成所需濃度的尿素溶液，通過尿素管道送到爐前，通過噴槍噴入爐內。

尿素溶液的噴射量，根據鍋爐運行情況和煙氣中NO_x量多少而定，工藝過程中設有多組分煙氣在線監測裝置，以確保尿素溶液用量的經濟性。尿素溶液存放在尿素溶液儲罐內，投放量由自動調節裝置控制。

四、SNCR脫硝技術創新

（一）SNCR脫硝技術主要創新點

1.SNCR反應機理，噴入點溫度窗口選擇

SNCR反應控制在很窄的煙氣溫度范圍對應的爐膛或煙道位置進行。脫硝還原劑為氨時，反應溫度窗口為850～1050℃，尿素還原劑反應溫度窗口為900～1100℃，若反應脫離這個溫度窗口進行，反應溫度過高，會導致氨的分解并氧化成NO_x，還原效率大大降低；反應溫度過低，則會導致氧化還原反應速率降低，氨的逃逸率增加，同時氨是有毒的化學物質，氨的逃逸又會造成新的環境污染。

通過對鍋爐上的SNCR性能進行真實的估計，在實驗室模擬實驗的基礎上，項目研究針對不同型號、噸位鍋爐及水泥生產線的工藝進行了溫度窗口的選取確定，建立簡單的定量描述SNCR脫硝反應的模型，結合現場工藝確定噴入點，建立了溫度窗口選擇數據庫。在不同鍋爐、窯爐獨特精準的噴入點溫度窗口位置選擇，使脫硝率顯著。

2.SNCR噴射系統及噴槍研究設計

霧化噴射系統采用原煙氣熱量預先霧化氨水溶液或尿素溶液，然后加溫汽化；最后增壓噴入煙氣脫硝反應區內，使其與煙氣充分混合并接觸反應。其高溫汽化采用單段或分段增溫的方式均可，采用分段逐步增溫的方式進行汽化時溫度更為均勻穩定。采用獨特結構的還原劑噴槍預先霧化系統，優化分布、控制。能夠使還原劑與煙氣充分混合并接觸反應。霧化循環利用原煙氣熱量對被霧化的氨水溶液或尿素溶液進行高溫汽化，實現環保節能高效。

3.干法水泥生產線脫硝技術研究

在研究SNCR工藝所需噴射器的總體特性、霧化角度、噴射速度、霧化粒徑的基礎之上，針對現有SNCR脫硝技術中使用的還原劑霧化噴槍的不足，研究出了“用于SNCR脫硝工藝的內混式還原劑霧化噴槍”，結構見圖3-15。此應用于干法水泥生產線的自動吹掃清理內混式還原劑霧化噴槍消除了堵灰，延長了噴槍壽命，氣耗率更低，方便噴槍維修。

（二）SNCR脫硝技術創新的優點

①傳統SNCR脫硝效率為30%～50%，此技術提升脫硝效果至60%～70%，最高可達75%。開發了該類鍋爐專用耐磨、防腐噴槍，解決了流化床鍋爐SNCR脫硝過程中的小流量還原劑射流與大流量煙氣的混合、鍋爐不同運行工況下氮氧化物排放濃度和氨逃逸的控制問題。

②采用原煙氣熱量對常溫氨水溶液或尿素溶液進行預先霧化，實現環保節能高效。

③自動吹掃清理的內混式還原劑霧化噴槍，消除了套管與槍體之間積、堵灰，避免噴槍因積灰而推進退出受阻，延長了噴槍的使用壽命，方便了后期噴槍的維護檢修。