SNCR脱硝

浏览：869次发布日期：2020-11-04 字号：大　中　小

SNCR脱硝技术简介

SNCR（Selective Non-Catalytic Reduction）即为选择性非催化还原法，是一种经济实用的NOx脱除技术，其原理是以NH3、尿素[CO(NH2)2]等作为还原剂，在注入到锅炉之前雾化或者注入到锅炉中靠炉内的热量蒸发雾化。在适宜的温度范围内，气相的氨或者尿素就会分解为自由基NH3和NH2，在特定的温度和氧存在的条件下，还原剂与NOx的反应优于于其他反应而进行。因此可以认为是选择性化学过程。还原剂有不同的反应温度范围，此温度范围称为温度窗口，对本方法的脱硝效率有较大影响。

SNCR脱硝技术工作原理

>>SNCR工作原理
选择性非催化还原(SNCR)脱除 NOx技术是把含有 NHx 基的还原剂(如氨气、氨水或者尿素等)喷入炉膛温度为 800℃~1 100℃的区域，该还原剂迅速热分解成 NH3 和其它副产物，随后 NH3 与烟气中的 NOx 进行 SNCR 反应而生成 N2。
采用 NH3 作为还原剂，在温度为 900℃~1 100℃的范围内，还原 NOx 的化学反应方程式主要为

而采用尿素作为还原剂还原 NOx 的主要化学反应为：

SNCR 还原 NO的反应对于温度条件非常敏感，炉膛上喷入点的选择，也就是所谓的温度窗口的选择，是 SNCR还原 NO效率高低的关键。一般认为理想的温度范围为 700℃~1 100℃, 并随反应器类型的变化而有所不同。当反应温度低于温度窗口时，由于停留时间的限制，往往使化学反应进行的程度较低反应不够彻底，从而造成 NO 的还原率较低，同时未参与反应的 NH3 增加也会造成氨气泄漏。而当反应温度高于温度窗口时， NH3 的氧化反应开始起主导作用：

从而，NH3 的作用成为氧化并生成 NO，而不是还原 NO为 N2。总之，SNCR 还原 NO的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同时兼顾减少还原剂的泄漏成为 SNCR 技术成功应用的关键。

SNCR脱硝系统组成

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。
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(以下简称“尿素站” ) 。尿素站占地面积约 235 m2 , 高约 15 m。它的主要设备包括: 1 个干尿素储仓, 1 个计量仓, 1 台螺旋输送机, 1 个配液池, 2 个尿素溶液储罐, 2 个尿素溶液输送泵和 2 个水加压泵。在尿素站内, 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 溶液喷射系统
溶液喷射系统由三层喷射层组成, 每层由 14 个喷射器组成。三层喷射层布置在炉膛燃烧区域上部和炉膛出口处, 以适应锅炉负荷变化引起的炉膛烟气温度变化, 使尿素溶液在最佳反应温度窗口喷入炉膛。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逻辑控制器 ( PL C) , 系统单独设置 1 台工程师站 (兼操作员站) , 预留 OPC 通信接口与电厂分散控制系统 (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。

SNCR脱硝技术特点

>>SNCR脱硝技术优势
(1) 系统简单：
不需要改变现有锅炉的设备设置，而只需在现有的燃煤锅炉的基础上增加氨或尿素储槽，氨或尿素喷射装置及其喷射口即可，系统结构比较简单；
(2) 系统投资小：
相对于SCR的大约40美元kW-1 ~60美元kW-1 的昂贵造价，由于系统简单以及运行中不需要昂贵的催化剂而只需要廉价的尿素或液氨，所以 SNCR 大约 5 美元⋅kW-1 ~10 美元kW-1 的造价显然更适合我国国情；
(3) 阻力小：
对锅炉的正常运行影响较小；
(4) 系统占地面积小：
需要的较小的氨或尿素储槽，可放置于锅炉钢架之上而不需要额外的占地预算。

SNCR脱硝效率的影响因素

在SNCR技术设计和应用中，影响脱硝效果的主要因素包括：
1·温度范围
温度对 SNCR 的还原反应的影响最大。当温度高于 1 000℃时，NOx 的脱除率由于氨气的热分解而降低；温度低于 1 000℃以下时，NH3 的反应速率下降，还原反应进行得不充分，NOx 脱除率下降，同时氨气的逸出量可能也在增加。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。根据锅炉特性和运行经验，最佳的温度窗口通常出现在折焰角附近的屏式过、再热器处及水平烟道的末级过、再热器所在的区域。
2·合适的温度范围内可以停留的时间
停留时间：指反应物在反应器内停留的总时间；在此时间内，NH3、尿素等还原剂与烟气的混合、水的蒸发、还原剂的分解和NOx的还原等步骤必须完成；停留时间的大小取决于锅炉的气路的尺寸和烟气流经锅炉气路的气速；SNCR系统中，停留时间一般为0.001s～10s。
3·反应剂和烟气混合的程度
混合程度：要发生还原反应，还原剂必须与烟气分散和混合均匀；混合程度取决于锅炉的形状与气流通过锅炉的方式。
4· NH3/NOx摩尔比（化学当量比）
5·未控制的NOx浓度水平
6·气氛（氧量、一氧化碳浓度）的影响
7·氮剂类型和状态
8·添加剂的作用

SNCR脱硝技术的应用及前景

SNCR在不同的锅炉中的应用。对于垃圾炉、某些工业锅炉，由于其炉膛内的温度正好处于其反应温度窗内，因此SNCR适应性比较好，喷氨点的设置和控制比较简单。而且由于不经过对流受热面，炉膛内的温度又相对稳定，所以运行的可靠性相对要好一些。因此SNCR在这类锅炉的应用比较多。

对于电站锅炉，反应温度窗处于高温对流受热面区域。在这个区域，烟气温度受燃料，燃烧配风等调整和变化以及锅炉负荷的变动影响较大，反应温度窗会沿着烟气流动方向迁移，因此SNCR设计时会设置多个喷射取。另外，在烟道截面上，烟气温度分布不均匀，在不到200℃的最佳反应温度窗内，烟气温度偏差可能达到100℃以上，SNCR的先天补足在此暴露无疑。
要解决反应温度窗的迁移的问题，烟气温度的测量就是良好控制的前提。在这么高的温度下，现有的技术水平，从测点数量、成本、测量的可靠性、仪表的损坏率都会有一些问题。
另外一个问题就是氨氮摩尔比的问题。氨氮摩尔比是获得高的脱硝效率、低的漏氨和稳定的性能的重要因素。首先，SNCR还原反应的氨氮摩尔比不象SCR一样固定为1：1，随着反应条件的变化，这个比例是一个变化的值。然后，在SNCR的喷氨区，NOx的分布的均匀性很差，而且没有使NOx分布变得均匀的混合手段，因此要获得接近最佳氨氮摩尔比几乎是不可能的。NOx测量的环境以及NOx测量仪的成本，使得动态准确获得NOx的分布数据比获得烟气温度有关数据的困难大得多。
SNCR的脱硝效率，随着锅炉的性能设计和受热面布置的不同，所能达到的极限也不同。如果在锅炉设计的时候，在性能设计和受热面设计时为SNCR而改变，那么SNCR会容易一些。但是这样大多是得不偿失的。所以在具体项目上SNCR的可行性论证，要等锅炉设计基本方案出来以后，才能说脱硝效率能够有望达到多高的水平。
要把SNCR的脱硝效率发挥到极致，首先假设烟气温度和NOx测量技术的发展以及成本的降低，使准确、及时、可靠、地动态测量可能的反应区域内的尽可能多的温度以及进出口NOx数值成为可能。然后按照烟气流动方向和烟道截面方向的布置足够多的喷氨区域，按照测量的数据对喷氨量进行精确调控。如果可能，锅炉受热面布置的时候，在同一级过热器或者再热器受热面在适当的地方从中间拉开，为自由布置喷氨区域提供方便，甚至将对反应温度区有意多留长一点的净空。
总之，SNCR确实存在一些问题，因温度窗口、浓度分布、脱硝效率等问题确难在大型煤粉炉上广泛应用。但是由于方便改造，SNCR建设周期短、投资少等优势在流化床、中小型电厂改造项目、垃圾焚烧炉和应对脱硝催化剂价格昂贵且易中毒失效而生的SNCR与SCR联合脱硝技术作为预脱硝项目上很有市场。