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1、全国火电大机组600MW 级竞赛第十二届年会论文集化学专业以尿素为复原剂的SNCR 脱硝技术在电厂的应用胡浩毅江苏利港电力江苏江阴214444摘要：本文介绍了以尿素作为复原剂的 SNCR 脱硝技术特点以及脱硝设备。提出老厂 SNCR 脱硝改造需留意的问题， 为改造方案供给有意的借鉴。关键字：环保；电厂；脱硝；SNCR；尿素随着环保要求的日益提高，燃煤电厂烟气脱硝排放已提到各级部门的议事日程。我们知道对于SOx 排放，大多数电厂承受湿法烟气脱硫装置进展把握。对于 NOx 排放则可以依据NOx 产生的过程，承受燃烧优化调整与燃烧后处理技术相结合的方式。SNCR 是一种无需催化剂的脱硝方式，是Sel
2、ective Non-Catalytic Reduction 的缩写，其直译为“选择性非催化复原反响”。由于不需要催化剂， 为得到较强的化学反响活性，SNCR 技术需在较高的炉膛温度900-1150下，用氨或尿素等氨 基复原剂来选择性地复原烟气中的NOx。一般来说，大型锅炉由于受到炉膛尺寸的影响，复原剂在 炉膛内较难均匀混合，SNCR 的脱硝效率将低于 40%，而需要催化剂的SCR 的脱硝效率可到达 80% 以上。由于 SNCR 脱硝技术投资本钱较低、改造便利，适宜协同应用其他脱硝技术，因而在燃煤电厂，尤其是老厂脱硝改造上还是取得了广泛的应用。1 SNCR 脱硝的主要化学反响2由于在锅炉燃烧的
3、烟气中氮氧化物包含了NO 和NO ，而 NO 占到烟气中NOx 的 90%以上。所以脱硝过程以去除NO 为主。所以这里仅列出以尿素为复原剂与NO 在 SNCR 下的反响过程。其总的化学反响方程式为：222CONH 2NH +CO NH2+NON2+H2OCO+NON2+CO2总的反响式为NO+CONH1 +O2N +CO+2H O1.12222222从以上反响方程式可以看出，在适当的炉膛温度下NOx 与复原剂尿素的反响，生成无害的氮气和二氧化碳和水。但在式 1.2 中可以看出，在温度过高的状况下尿素本身也会被氧化成NOx， 反而会增加NOx 的排放。322全国火电大机组600MW 级竞赛第十二
4、届年会论文集化学专业4NH + 5O 4NO+ 6H O1.2322所以在 SNCR 的技术中，温度是至关重要的参数。SNCR 的反响温度是如何选择？以下我们就介绍几个与SNCR 有关的性能参数。2 SNCR 的几共性能参数2.1 温度窗口温度窗口就是脱硝反响的最正确炉膛温度区间。假设反响温度过低，复原剂与 NOx 没有足够的活化能使脱硝反响快速进展，导致脱硝效率降低。但温度过高，尿素本身也会被氧化成NOx，从而增加NOx 的排放、脱硝效率下降。可以预见，脱硝效率与反响温度的关系曲线为一条开口向下的抛物线， 抛物线顶点左右两侧的区间即是温度窗口。以尿素为复原剂的SNCR，温度窗口在 900-1
5、150。机组不同的负荷对应于锅炉的炉膛温度分布也不一样，所以用于向炉膛中喷入复原剂的喷射器也是分 假设干层布置的，以适应不同锅炉负荷。一般来说，SNCR 温度窗口大体对应于锅炉燃烧器上部至折焰角之间的区域。2.2 NSR 和 ASRNSR 和 ASR 均是评价脱硝运行本钱中物料消耗的重要指标指标。NSR 是 Normalized Stoichiometric Ratio 的缩写，意为理论氨氮当量比。对于尿素为复原剂来说：NSR=复原剂折算成 NH 2的摩尔数1.3入口NOx 折算成 NO 的摩尔数2ASR 是 Actual Stoichiometric Ratio 的缩写，为复原剂与氮的当量比
6、ASR=复原剂摩尔数1.4入口NOx的摩尔数一般说来，典型的NSR 在 0.5-3 之间。由图 1.1 中可以看出，脱硝效率随着NSR 值的增长而增长，当NSR 超过 2 以后，脱硝效率就不会有明显的增长。需要澄清的是，无论 NSR 还是 ASR 都不能与脱硫的钙硫比相提并论。NSR 公式中的分母是脱硝装置入口的污染物含量，而钙硫比公式中的分母是脱硫装置出口的污染物含量。在脱硝中有一个与钙硫比类似的参数，称为复原剂利用率。复原剂利用率=脱硝效率/NSR1.52.3 停留时间在复原剂离开温度窗口前 SNCR 的整个反响过程必需完成，这样才能到达抱负的脱硝效果。这些过程包括： 从喷射器中射出的尿素
7、溶液与烟气混合 尿素溶液中水的蒸发 尿素中分解出NH3 NH3 再分解为NH2 以及自由基2 NOx 与 NH 的反响323全国火电大机组600MW 级竞赛第十二届年会论文集化学专业所以说，延长复原剂在温度窗口下的停留时间脱硝反响就会更加充分。假设想获得抱负的脱硝效率，复原剂的停留时间至少需要 0.5 秒。该参数与锅炉构造有较大的关系。2.4 氨逃逸率由于 SNCR 工艺中没有催化剂，不会增加烟气中SO3 的浓度，在一样的逃逸氨浓度时,SNCR 工艺对由于烟气中NH3 遇到 SO3 会产生 NH4HSO4 而造成的在锅炉尾部的受热面上的飞灰沉积、空气预热器堵塞、腐蚀的危急性最小。一般SNCR
8、工艺的逃逸氨一般把握在 510 pmm。有资料显示当飞灰中NH3 含量超过 5ppm质量比就会闻到氨气的味道，从而影响飞灰的综合利用。3 利港电厂 SNCR 脱硝装置简介利港电厂三期 2 台 600MW 燃煤发电机组于 2023 年 12 月同时投产。该机组锅炉承受Alstom 技术设计，由上海锅炉厂生产。锅炉承受炉膛分级燃烧以及燃尽风的低NOx 切圆燃烧技术，此外还配备了以尿素作为复原剂的 SNCR 脱硝装置。由于锅炉本身设有低 NOx 燃烧器，NOx 的排放浓度已低于现行环保排放标准，所以利港电厂要求 SNCR 的脱硝效率仅在 25%以上。实际证明，低 NOx 燃烧器与 SNCR 技术相结
9、合产生了良好的脱硝效果。为便于现场设备的安装，制造商承受模块化的供货方式。每个模块在脱硝流程中都具备确定的功能。具体如下：3.1 循环模块循环模块的作用将储存罐中 50%浓度的尿素溶液输送至锅炉上部平台的安排模块并在尿素溶液储罐和计量模块之间循环，以保证反响剂的持续供给并保持尿素溶液温度确定的温度。图 1.2SNCR 脱硝系统示意图3.2 墙式喷射器与多喷嘴喷射器由于尿素溶液存在确定的腐蚀性，尿素溶液喷入炉膛的喷射器全部用 316L 不锈钢制造。墙式喷射器分布在锅炉前墙、燃烧器的上方，其外形类似于锅炉短式吹灰器，多个喷射器成为组。可以想象，仅凭前墙墙式喷射器无法使复原剂在炉膛内均匀混合。这样就
10、不能得到高的脱硝效率。所以必需增加多喷嘴喷射器。多喷嘴喷射器分布在锅炉两侧墙，其外形类似于锅炉伸缩式吹灰器。为保324全国火电大机组600MW 级竞赛第十二届年会论文集化学专业证复原剂在整个锅炉宽度方向对NOx 进展有效拦截，多喷嘴喷射器设假设干对喷嘴，喷嘴数量视炉膛内管屏间距而定。通过雾化空气，形成雾化颗粒状的尿素被送入锅炉烟气中。由于多喷嘴喷射器在炉膛中的工作温度较高，所以在喷射器内部通有除盐水作为多喷嘴喷射器冷却水。多喷嘴枪喷射器配带减速箱的电动伸缩机构。当喷射器不使用、喷射器套管冷却水流量缺乏、冷却水温度高或雾化空气流量缺乏时，多喷嘴枪喷射器会自动从锅炉中退出。3.3 计量站模块喷射区
11、计量模块是脱硝把握的核心装置，用于准确计量和独立把握到锅炉或焚化炉内每个喷射区的尿素溶液浓度。该模块承受独立的化学剂流量把握，通过区域压力把握阀与就地PLC 把握器的结合并响应来自于机组燃烧把握系统、NOx 和氧监视器的把握信号，自动调整反响剂流量，对NOx 浓度、锅炉负荷、燃料或燃烧方式的变化做出响应，翻开或关闭喷射区或把握其质量流量。3.4 安排模块安排模块用来把握到每个喷枪的雾化/冷却空气、混合的化学剂和冷却水的流量。空气、混合的化学剂可以在该模块上调整，到达适当的空气/液体质量比率，取得最正确的 NOx 复原效果。4 选择 SNCR 工艺需留意的问题 目前国内没有现成的 50%尿素溶液
12、选购，所以电厂需从化肥厂买来袋装尿素自行配制成尿素溶液。由于尿素在溶解过程是吸热反响，其溶解热高达-57.8Cal/g负号代表吸热。也就是说， 当一克尿素溶解于一克水中，仅尿素溶解，水温就会下降 57.8。而 50%的尿素溶液的结晶温度是16.7。所以，在尿素溶液配制过程中需配置功率强大的热源，以防尿素溶解后的再结晶。在北方 严寒地区的气象条件下，该问题将会暴露的更明显。 在整个脱硝工艺中，尿素溶液总是处于被加热状态。假设尿素的溶解水和稀释水一般为工 业水的硬度过高，在加热过程中水中的钙、镁离子析出会造成脱硝系统的管路结垢、堵塞。否则， 必需在尿素中添加阻垢剂或承受除盐水作为脱硝工艺水。 由于
13、多喷嘴喷射器工作在炉膛内部高温区，为防止喷射器冷却水管路内部结垢。需承受除 盐水作为多喷嘴喷射器冷却水。一般来说，除盐水来自凝汽器。凝水泵送并经减压后进入多喷嘴喷 射器，与多喷嘴喷射器换热、减压后再返回凝汽器。单个多喷嘴喷射器所需冷却水在10-15 吨之间。所以，在老机组改造中必需考虑是否有除盐水的富有量。 在 SNCR 脱硝工艺中，厂用气的耗量也是较大的。喷射雾化需要厂用气，设备的冷却需要厂用气，管路吹扫也需要厂用气。有资料说明，2 X600MW 机组脱硝平均需消耗 50Nm3/min。在老机组改造中也需要考虑厂用气的富有量。 电厂对粉煤灰有较好的综合利用力气或燃煤的硫份较高时，则SNCR
14、工艺的氨逃逸率不宜超过 10ppm。5 总结和建议SNCR 脱硝技术占地面积小、对锅炉改造的工作量少、施工安装周期短、节约投资，较适合于老厂改造。尿素颗粒或尿素溶液在运输和储存的安全性远远高于液氨，以尿素作为复原剂的SNCR 技术对于场地受限的电厂的脱硝改造将有确定优势。325由于 SNCR 脱硝效率较低，SNCR 可以协同低 NOx 燃烧器改造或简易 SCR 等其他脱硝方式， 在优化投资本钱的前提下以期获得满足的脱硝效率。建议在脱硝改造前的工程可行性争论中，应对电厂的工业水源、电源、汽源、气源、除盐水量及其输送力气的备用状况进展具体的调查，从而找到适合本厂的最优SNCR 脱硝方案。参考文献：1 钟秦， 燃煤烟气脱硫脱硝技术及工程实例，化学工业出版社，2023 年 4 月2 Daniel C. Mussatti，EPA AIR POLLUTION CONTROL COST MANUALSixth Edition，United States Environmental Protection Agency，January 20233 Terra Industries Inc. Urea & Urea Solution;Storage,Handling and Dilution326