以尿素为还原剂的SNCR脱硝技术在电厂的应用

经验交流 2009.3 第 3 期22 电力技术 以尿素为还原剂的 SNCR 脱硝技术 在电厂的应用 胡浩毅 （江苏利港电力有限公司, 江苏 江阴 214444） 【摘要】本文介绍了以尿素作为还原剂的 SNCR 脱硝技术特点以及脱硝设备。提出老厂 SNCR 脱 硝改造需注意的问题，为改造 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 提供有利的借鉴。 【关键词】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，大多数电厂采用湿法烟气脱硫装置进行控制。 对于 NOx 排放则可以根据 NOx 产生的过程，采用燃 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 Selective Non- Catalytic Reduction 的缩写，其直译为“选择性非 催化还原反应”。由于不需要催化剂，为得到较强 的化学反应活性，SNCR 技术需在较高的炉膛温度 （900-1150℃）下，用氨或尿素等氨基还原剂来选 择性地还原烟气中的 NOx。一般来说，大型锅炉由 于受到炉膛尺寸的影响，还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 SNCR 的脱硝效率可达到 80% 以上。由于 SNCR 脱 硝技术投资成本较低、改造方便，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脱硝的主要化学反应 因为在锅炉燃烧的烟气中氮氧化物包含了 NO 和 NO2，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还 原剂与 NO 在 SNCR 下的反应过程。其化学反应方 程式为： CO（NH2）2→2NH2+CO NH2+NO→N2+H2O CO+NO→N2 +CO2 总的反应式为： NO+CO（NH2）2+ 2 1 O2→2N2+CO2+2H2O （1.1） 从以上反应方程式可以看出，在适当的炉膛温度 下 NOx 与还原剂（尿素）反应，生成无害的氮气、 二氧化碳和水。但在式 1.2 中可以看出，在温度过高 的情况下尿素本身也会被氧化成 NOx，反而会增加 NOx 的排放。 4NH3+5O2— 4NO+ 6H2O （1.2） 所以在 SNCR 的技术中，温度是至关重要的参 数。SNCR 的反应温度是如何选择？以下我们就介绍 经验交流 总第 73 期 23 以尿素为还原剂的SNCR脱硝技术在电厂的应用 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 小学单位换算公式大全免费下载公式下载行测公式大全下载excel公式下载逻辑回归公式下载 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，称为还原剂利用率： 还原剂利用率=脱硝效率/NSR （1.5） 2.3 停留时间 在还原剂离开温度窗口前 SNCR 的整个反应过 程必须完成，这样才能达到理想的脱硝效果。这些过 程包括： （1）从喷射器中射出的尿素溶液与烟气混合 （2）尿素溶液中水的蒸发 （3）尿素中分解出 NH3 （4）NH3 再分解为 NH2 以及自由基 （5）NOx 与 NH2 的反应 所以说，延长还原剂在温度窗口下的停留时间脱 硝反应就会更加充分。若想获得理想的脱硝效率，还 原剂的停留时间至少需要 0.5 秒。该参数与锅炉结构 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，在相同的逃逸氨浓度时，SNCR 工 艺对由于烟气中 NH3 遇到 SO3 会产生 NH4HSO4 而 造成的锅炉尾部受热面上飞灰沉积、空气预热器堵 塞、腐蚀的危险性最小。一般 SNCR 工艺的逃逸氨 一般控制在 5-10pmm。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2006 年 12 月同时投产。该机组锅炉采用 Alstom 技术设 计，由上海锅炉厂生产。锅炉采用炉膛分级燃烧以及 燃尽风的低 NOx 切圆燃烧技术，此外还配备了以尿 素作为还原剂的 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 几个与 SNCR 有关的性能参数。 2 SNCR 的几个性能参数 2.1 温度窗口 温度窗口就是脱硝反应的最佳炉膛温度区间。若 反应温度过低，还原剂与 NOx 没有足够的活化能使 脱硝反应快速进行，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，脱硝效率与反应温 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。以尿素为还原剂的 SNCR，温度窗口在 900-1150℃。机组不同的负荷 对应于锅炉的炉膛温度分布也不相同，所以用于向炉 膛中喷入还原剂的喷射器也是分若干层布置的，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 ASR NSR 和 ASR 均是评价脱硝运行成本中物料消 耗的重要指标。NSR 是 Normalized Stoichiometric Ratio 的缩写，意为理论氨氮当量比。对于以尿素为 还原剂来说： NSR= （1.3） ASR是Actual Stoichiometric Ratio的缩写，为 还原剂与氮的当量比： ASR= （1.4） 一般说来，典型的 NSR 在 0.5-3 之间。由图 1 中可以看出，脱硝效率随着 NSR 值的增长而增长， 图 1 脱硝效率与 NSR 关系 经验交流 2009.3 第 3 期24 电力技术 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 术相结合产生了良好的脱硝效果。为便于现场设备的 安装，制造商采用模块化的供货方式。每个模块在脱 硝 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 中都具备一定的功能。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分配模块并在尿素溶液储罐 和计量模块之间循环，以保证反应剂的持续供应并保 持尿素溶液维持一定的温度。 图 2　SNCR 脱硝系统示意图 3.2 墙式喷射器与多喷嘴喷射器 由于尿素溶液存在一定的腐蚀性，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还原剂在炉膛内均匀混合。这样 就不能得到高的脱硝效率。所以必须增加多喷嘴喷射 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。为保证还原剂在整个锅炉宽度方 向对 NOx 进行有效拦截，多喷嘴喷射器设若干对喷 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不足、冷却水温度高或雾 化空气流量不足时，多喷嘴枪喷射器会自动从锅炉中 退出。 3.3 计量站模块 喷射区计量模块是脱硝控制的核心装置，用于精 确计量和独立控制到锅炉或焚化炉内每个喷射区的尿 素溶液浓度。该模块采用独立的化学剂流量控制，通 过区域压力控制阀与就地 PLC 控制器的结合并响应 来自于机组燃烧控制系统、NOx 和氧监视器的控制 信号，自动调节反应剂流量，对 NOx 浓度、锅炉负 荷、燃料或燃烧方式的变化做出响应，打开或关闭喷 射区或控制其质量流量。 3.4 分配模块 分配模块用来控制到每个喷枪的雾化/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节，达到适当的空气/液体质 量比率，取得最佳的 NOx 还原效果。 4 选择 SNCR 工艺需注意的问题 （1）目前国内没有现成的 50% 尿素溶液采购， 所以电厂需从化肥厂买来袋装尿素自行配制成尿素溶 液。由于尿素的溶解过程是吸热反应，其溶解热高 达 -57.8cal/g（负号代表吸热）。也就是说，当 1 克尿素溶解于 1 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。在北方寒冷地区的气 象条件下，该问题将会暴露的更明显。 （2）在整个脱硝工艺中，尿素溶液总是处于被 加热状态。若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。因此，必须在 尿素中添加阻垢剂或采用除盐水作为脱硝工艺水。 （3）由于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。需采用除盐 水作为多喷嘴喷射器冷却水。一般来说，除盐水来自 （下转第 28 页） 经验交流 2009.3 第 3 期28 电力技术 合理改造加氧点，缩短加氧管道长度，缩小了 加氧管径，都可以改善加氧的稳定性。我公司先后 对 1、2 号机加氧管道进行了改造。如将 1 号机凝结 水加氧管道从 1 号机炉侧墙壁就近下引至 1 号机高速 混床出口母管，加氧管径为 DN5，其加氧一次阀为 针阀，改设在高速混床 1A 墙壁附近。改造后的溶氧 波动区间明显减小。 （5）选用合适加氧设备 采用灵活好用的加氧装置是及时合理的调节加氧 流量的前提，在加氧设备已经不能满足我们对加氧工 艺的需要时，更换相应设备是一个不错的选择。我公 司为彻底解决相关问题，于 2008 年 3 月更换了 1 号 机加氧装置。投运新的加氧系统后，无论给水还是凝 结水系统水质均稳定合格，效果较好，投运 12 小时 主蒸汽即已测出溶氧。加氧调节阀及液位计均控制灵 活，便于调整。无论是手动调节阀还是电动调节阀， 经这一阶段运行观察均表现良好，调整灵活稳定。为 投运自动加氧提供了条件。 （6）引入给水流量，实现自动加氧 给水流量对于给水加氧的影响可以通过逻辑程序 解决，以给水流量为主要调整参数，以给水的溶氧值 为修正指标，可以实现实际意义上的自动加氧。由于 设计到集控 DCS 和化学水网的信号组态，需停机进 行，故 1 号机本次改造未能实现自动加氧。 3　结论 超临界直流炉给水加氧处理工艺的影响因素主要 有给水水质、给水流量、给水 PH 值、凝结水中的不 凝气体、加氧管道构成、加氧设备及逻辑程序等。本 文就影响因素的处理办法进行了简单介绍。对于超临 界直流炉给水加氧处理工艺的运行管理有一定的借鉴 作用，可以推广。 参考文献 [1] DL/T 805.1—2002，火电厂汽水化学导则第一部分： 直流锅炉给水加氧处理导则 [2] 华润电力常熟有限公司 3 号机组 301C 级检修化学监 督 报告 软件系统测试报告下载sgs报告如何下载关于路面塌陷情况报告535n,sgs报告怎么下载竣工报告下载 ，2007 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 机组改造中必须考虑是否有除盐水的富裕量。 （4）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。有资料表明，2×600MW 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裕量。 （5）电厂对粉煤灰有较好的综合利用能力或燃 煤的硫份较高时，则 SNCR 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 文明施工目标施工进度表下载283施工进度表下载施工现场晴雨表下载施工日志模板免费下载 安装周期短、节省投资，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，以尿素作为还原剂的 SNCR 技术对于场 地受限的电厂的脱硝改造将有一定优势。 由于 SNCR 脱硝效率较低，SNCR 可以协同低 NOx 燃烧器改造或简易 SNCR 等其他脱硝方式，在 优化投资成本的前提下以期获得满意的脱硝效率。 建议在脱硝改造前的项目可行性研究中，应对电 厂的工业水源、电源、汽源、气源、除盐水量及其输 送能力的备用情况进行详细的调查，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，2002 [2] Daniel C. Mussatti，EPA AIR POLLUTION CONTROL COST MANUAL Sixth Edition，United States Environmental Protection Agency，January 2002 [3] Terra Industries Inc. Urea & Urea Solution; Storage, Handling and Dilution （上接第 24 页）