烟气脱硝方案

烟气脱硝方案-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN

20t/h链条锅炉SNCR脱硝工程技术方案

1 概述

项目概况

近年来，随着我国火电装机容量的急速增长，火电NOx排放量逐年增加，NOx已成为目前我国最主要的大气污染物之一。随着我国对SOx排放控制的加强，NOx对酸雨的影响将逐步赶上甚至超过SOx。

14年5月16日，环境保护部、国家质量监督检验检疫总局联合发布《锅炉大气污染物排放标准》（GB13271-2014），据此标准为控制火电厂的NOx排放，此锅炉执行重点地区燃煤锅炉NOx排放浓度限值，即最终烟气NOx排放浓度<200 mg/Nm3（标态，干基，9%氧）。

本工程为1台20t/h以煤为燃料的链条锅炉，原始NOx排放浓度按450 mg/Nm3，为了满足排放要求，本工程考虑对其进行SNCR脱硝改造。还原剂用20%浓度的氨水设计，脱硝后NOx排放浓度小于200 mg/Nm3，锅炉脱硝效率为56％。

主要设计原则

(1) 脱硝设计效率满足用户要求。

(2) 采用的脱硝工艺具有技术先进、成熟，设备可靠，性能价格比高，对锅炉工况有较好的适用性。

(3) 脱硝系统能持续稳定运行,系统的启停和正常运行不影响主机组的安全运行。

(4) 脱硝装置的可用率应≥98%,且维护工作量小,不影响电厂的文明生产；脱硝装置设计寿命按30年。

(5) 脱硝工艺的选择应利于电厂的管理和降低运行管理费用。

推荐设计方案

（1）由于本锅炉炉膛温度较高，拟采用SNCR烟气脱硝技术，锅炉脱硝设计效率为56％。

（2）还原剂为20%氨水。

（3）NH3逃逸量（烟囱出口处测量）控制在8ppm以下。

如有更高的排放要求可在烟道尾部增加催化剂，采用混合法脱硝技术。

2、SNCR法NOx控制机理

在高温没有催化剂的条件下，氨基还原剂（如氨气、氨水、尿素）喷入炉膛，热解生成NH3与其它副产物，在800~1100℃温度窗口，NH3与烟气中的NOx进行选择性非催化还原反应，将NOx还原成N2与H2O。

SNCR脱硝反应对温度条件非常敏感，受制于停留时间、NH3/NO摩尔比（NSR）、混合程度等因素，并对锅炉效率造成一定的影响（通常在~%）。

（1）反应温度

NH3与NOx反应过程受温度的影响较大：反应温度超过1100℃时，NH3被氧化成NOx，氧化反应起主导；反应温度低于1000℃时，NH3与NOx的还原反应为主，但反应速率降低，易造成未反应的NH3逃逸过高。选择性非催化还原烟气脱硝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是该技术成功应用的关键。

4NH3 + 5O2→ 4NO + 6H2O

采用氨水或尿素溶液作为脱硝还原剂时，还原剂溶液经雾化器雾化成液滴喷入炉内，雾化液滴蒸发热解成NH3之后，才进入合适的温度区域进行还原反应。基于氨水与尿素雾化液滴蒸发热解速度的不同，其喷入炉膛的合适温度窗口也有差别：氨水为还原剂时，窗口温度约为800℃~1,100℃；尿素为还原剂时，窗口温度约为850~1,150℃。

由于炉内烟气温度的分布受到锅炉负荷、煤种、锅炉受热面布置等多种因素的影响，合适的脱硝还原反应温度区间以及喷射器的具体喷射位置，需要在CFD模拟计算以后才能最终确定。

在锅炉实际运行时，随着负荷的变化，适合脱硝还原剂温度的区间位置也会发生变动，在实际应用时，常采用下述措施：

（a）在线调整雾化液滴的粒径大小与含水量，缩短或延长液滴的蒸发与热解时间，使热解产物NH3投送到合适的脱硝还原反应区域。

（b）布置多点区域喷射器，在不同运行状态，采用不同的喷射点进行喷射。

（2）停留时间

国外研究表明，NH-NO非爆炸性反应时间仅约100ms。停留时间指的是还原剂在炉内完成与烟气的混合、液滴蒸发、热解成NH3、NH3转化成游离基NH2、脱硝化学反应等全部过程所需要的时间。

延长反应区域内的停留时间，有助于反应物质扩散传递和化学反应，提高脱硝效率。当合适的反应温度窗口较窄时，部分还原反应将滞后到较低的温度区间，较低的反应速率需要更长的停留时间以获得相同脱硝效率。当停留时间超过1s时，易获得较高的脱硝效果，停留时间至少应超过秒。

（3）化学当量比（NSR）

NH3-NO理论化学反应当量比为1:1，但由于还原剂有小部分未反应的NH3随烟气排入大气，因此，需要比理论化学当量比更多的还原剂喷入炉膛才能达到较理想的NOx 还原率。此外，当原始NOx浓度较低时，脱硝还原化学反应动力降低，为达到相同的脱硝效率，需要喷入炉内更多的还原剂参与反应。运行经验显示，脱硝效率在50%以内时，NH3/ NOx 摩尔比一般控制在1. 0~ 之间。

（4）还原剂与烟气的混合

脱硝还原剂与烟气充分均匀混合，是保证在适当的NH3/NO摩尔比下获得较高脱硝效率的重要条件之一。为将还原剂准确送到炉膛内合适的脱硝还原反应温度区间，并与烟气充分混合，通常采用如下措施：

优化雾化器的喷嘴，控制雾化液滴的粒径、喷射角度、穿透深度及覆盖范围。

强化喷射器下游烟气的湍流混合，增加反应温度区域内的NH3/NOx扩散，提高反应速率。

（5）对锅炉效率的影响

还原剂水溶液喷入炉膛高温烟气中，雾化液滴的蒸发热解是一个吸热过程，需要从烟气中吸收部分热量，这可能会增加锅炉的热损失。通常应尽可能控制还原剂的喷入量，使SNCR装置对锅炉热效率的影响小于%。

（6）氨逃逸

SNCR脱硝反应过程中，部分未参与反应的NH3随烟气进入下游烟道。在146~207℃温度区间，气态氨与烟气中SO3反应生成粘性较强的NH4HSO4，容易造成空预器低温段受热面堵塞和腐蚀。

图1-1是空预器入口烟气中NH3与SO3浓度对空预器的影响：区域I，不需要任何措施，为安全运行区域；区域II，可能会发生轻微的堵塞和腐蚀，不需要经常的水冲洗；区域III，硫酸氢氨的堵塞和腐蚀非常危险，需要频繁的水冲洗；区域IV，将随时导致机组停运。

图1-2是美国EPA对多个SNCR工程的氨逃逸浓度与脱硝效率的统计，脱硝效率约

30~40%时，氨逃逸浓度不超过5μL/L。通常，SNCR的氨逃逸浓度控制在10μL/L时，对空预器影响轻微。

由于SNCR不使用催化剂，无额外的SO3产生，对空预器的影响程度会比采用SCR小。

图1-1 NH3与SO3对空预器的影响图1-2 氨逃逸与脱硝效率的关系

3 主要设计参数

表3-1 锅炉基础数据

序号名称数据单位备注

1锅炉类型链条锅炉