第二节　SNCR烟气脱硝系统

一、SNCR还原剂

（一）还原剂的选择

用于SNCR脱硝工艺中常使用的还原剂有尿素、液氨和氨水。若还原剂使用液氨，则优点是脱硝系统储罐容积可以较小，还原剂价格也最便宜；缺点是氨气有毒、可燃、可爆，储存的安全防护要求高，需要经相关消防安全部门审批才能大量储存、使用；另外，输送管道也需特别处理；需要配合能量很高的输送气才能取得一定的穿透效果，一般应用在尺寸较小的锅炉或焚烧炉。若还原剂使用氨水，氨水有恶臭，挥发性和腐蚀性强，有一定的操作安全要求，但储存、处理比液氨简单；由于含有大量的稀释水，储存、输送系统比氨系统要复杂；喷射刚性，穿透能力比氨气喷射好，但挥发性仍然比尿素溶液大，应用在墙式喷射器的时候仍然难以深入到大型炉膛的深部，因此一般应用在中小型锅炉上。还原剂采用尿素，尿素不易燃烧和爆炸，无色无味，运输、储存、使用比较简单安全；挥发性比氨水小，在炉膛中的穿透性好；效果相对较好，脱硝效率高，适合于大型锅炉设备的SNCR脱硝工艺。近年来，以尿素为还原剂的SNCR装置在火电厂中有较多的应用。

（二）温度的影响和喷入点的选择

在不同温度下，采用SNCR技术的NO_x脱除效率如图3-13所示（分别以氨和尿素作为还原剂进行比较）。尿素的选择性非催化还原的最佳温度是900～1100℃。

反应温度是影响SNCR过程的主要因素，温度过高或过低都不利于控制污染物的排放。当温度过高时，NH₃的氧化反应就会占主要地位，尿素溶液分解出来的氨没有还原NO_x，反而和氧反应生成NO_x；当温度较低时，反应速率下降，还原剂未反应而是直接穿过锅炉造成氨穿透。由于炉内的温度分布受到负荷、煤种等多种因素的影响，温度窗口随着锅炉负荷的变化而变动。因此，要求喷入点能随锅炉负荷等因素的变化而变化。

（三）合适的停留时间

任何化学反应都需要时间，还原剂必须和NO_x在合适的温度区域内有足够的停留时间，这样才能保证烟气中的NO_x还原率。还原剂在最佳温度窗口的停留时间越长，脱除NO_x的效果则越好。NH₃的停留时间超过1s可以达到最佳NO_x脱除率。尿素需要0.3～0.4s的停留时间才能达到有效脱除NO_x的效果。

二、SNCR脱硝系统组成

以采用尿素为还原剂的SNCR系统为例，典型的SNCR脱硝系统主要包括尿素存储系统、尿素溶液配制系统、尿素溶液储存系统、溶液喷射系统和自动控制系统。尿素溶液配制系统实现尿素储存、溶液配制和溶液储存的功能，然后由在线稀释系统根据锅炉运行情况和排放情况在线稀释成所需的浓度，送入喷射系统。喷射系统实现各喷射层的尿素溶液分配、雾化和计量。

1.尿素供应站

尿素存储系统、尿素溶液配制系统和尿素溶液储存系统集中布置，共同组成尿素供应站。尿素供应站主要设备包括干尿素储仓、计量仓、螺旋输送机、配液池、尿素溶液储罐、尿素溶液输送泵和水加压泵。在尿素供应站内，完成尿素储存、尿素溶液配制的任务，泵送到炉前喷射系统。

2.炉前喷射系统

炉前喷射系统由N层喷射层组成，每层由M个喷射器组成。N层喷射层布置在炉窑适当的位置，以适应炉窑烟气温度变化，使尿素溶液在最佳反应温度窗口喷入炉窑内。每层喷射层都设有总阀门控制本喷射层是否投运，不投运的喷射枪则由气动推进器带动退出炉窑膛避免高温受热。各喷射层的尿素管道和雾化蒸汽管道上均设有调节阀门，控制喷射层的流量。

3.自动控制系统

自动控制系统采用独立的可编程序控制器（PLC），系统单独设置1台工程师站（兼操作员站），预留OPC通信接口与电厂集散控制系统（DCS）通信，系统设有必要的报表、查询和报警等功能。控制系统根据采集的相关信号，控制、调节主要设备运行情况和喷枪运行情况，实现高效脱硝。

三、SNCR脱硝系统生产流程

SNCR脱硝系统工艺流程见图3-14。

1.溶液配制

把固态尿素人工倒入配料池，打开进水电动开关阀，根据配料池液位信号控制注入配料池的水量，当配料池中溶液液位达到指定位置时，关闭进水气动开关阀，水温保持在70℃左右，保证尿素的最佳溶解。开启配料池搅拌电机，使尿素溶液充分溶解。配制成尿素溶液储存待用。配料池起到了尿素溶液配制和储存的作用。

2.尿素溶液的输送

开启配料池出液开关阀，尿素溶液经过尿素供料泵提升压力，与提升压力后稀释水混合，配制成的尿素溶液喷入炉内。尿素溶液的调节阀根据尿素溶液在与稀释水混合前的压力来调节开度，起到控制尿素溶液在混合前的压力和流量的作用。根据实际情况调节尿素溶液调节阀和稀释水调节阀，控制混合的尿素溶液的流量和压力及稀释水的流量和压力，配制成所需浓度的尿素溶液，通过尿素管道送到炉前，通过喷枪喷入炉内。

尿素溶液的喷射量，根据锅炉运行情况和烟气中NO_x量多少而定，工艺过程中设有多组分烟气在线监测装置，以确保尿素溶液用量的经济性。尿素溶液存放在尿素溶液储罐内，投放量由自动调节装置控制。

四、SNCR脱硝技术创新

（一）SNCR脱硝技术主要创新点

1.SNCR反应机理，喷入点温度窗口选择

SNCR反应控制在很窄的烟气温度范围对应的炉膛或烟道位置进行。脱硝还原剂为氨时，反应温度窗口为850～1050℃，尿素还原剂反应温度窗口为900～1100℃，若反应脱离这个温度窗口进行，反应温度过高，会导致氨的分解并氧化成NO_x，还原效率大大降低；反应温度过低，则会导致氧化还原反应速率降低，氨的逃逸率增加，同时氨是有毒的化学物质，氨的逃逸又会造成新的环境污染。

通过对锅炉上的SNCR性能进行真实的估计，在实验室模拟实验的基础上，项目研究针对不同型号、吨位锅炉及水泥生产线的工艺进行了温度窗口的选取确定，建立简单的定量描述SNCR脱硝反应的模型，结合现场工艺确定喷入点，建立了温度窗口选择数据库。在不同锅炉、窑炉独特精准的喷入点温度窗口位置选择，使脱硝率显著。

2.SNCR喷射系统及喷枪研究设计

雾化喷射系统采用原烟气热量预先雾化氨水溶液或尿素溶液，然后加温汽化；最后增压喷入烟气脱硝反应区内，使其与烟气充分混合并接触反应。其高温汽化采用单段或分段增温的方式均可，采用分段逐步增温的方式进行汽化时温度更为均匀稳定。采用独特结构的还原剂喷枪预先雾化系统，优化分布、控制。能够使还原剂与烟气充分混合并接触反应。雾化循环利用原烟气热量对被雾化的氨水溶液或尿素溶液进行高温汽化，实现环保节能高效。

3.干法水泥生产线脱硝技术研究

在研究SNCR工艺所需喷射器的总体特性、雾化角度、喷射速度、雾化粒径的基础之上，针对现有SNCR脱硝技术中使用的还原剂雾化喷枪的不足，研究出了“用于SNCR脱硝工艺的内混式还原剂雾化喷枪”，结构见图3-15。此应用于干法水泥生产线的自动吹扫清理内混式还原剂雾化喷枪消除了堵灰，延长了喷枪寿命，气耗率更低，方便喷枪维修。

（二）SNCR脱硝技术创新的优点

①传统SNCR脱硝效率为30%～50%，此技术提升脱硝效果至60%～70%，最高可达75%。开发了该类锅炉专用耐磨、防腐喷枪，解决了流化床锅炉SNCR脱硝过程中的小流量还原剂射流与大流量烟气的混合、锅炉不同运行工况下氮氧化物排放浓度和氨逃逸的控制问题。

②采用原烟气热量对常温氨水溶液或尿素溶液进行预先雾化，实现环保节能高效。

③自动吹扫清理的内混式还原剂雾化喷枪，消除了套管与枪体之间积、堵灰，避免喷枪因积灰而推进退出受阻，延长了喷枪的使用寿命，方便了后期喷枪的维护检修。