神华国能（神东电力）郭家湾电厂陕西榆林719408
摘要：循环流化床锅炉NOX排放量通常情况在300mg/m³以下。在循环流化床锅炉上采用SNCR脱硝技术，脱硝率可以达到70%～80%，完全能满足当前小于100mg/m³的环保排放要求。同时因其具有投资省，占地小，对锅炉运行几乎无影响的优越性，对循环流化床锅炉而言，是控制NOx排放达标的最理想方式，适合大面积推广。
关键词：循环流化床锅炉；SNCR；脱硝技术；应用
1SNCR工艺概述
1.1SNCR脱硝技术反应原理
SNCR脱硝技术是将氨基还原剂（如氨气、氨水、尿素）溶解稀释到10%以下，利用机械式喷枪将还原剂溶液雾化成液滴喷入炉膛，热解生成气态NH3，在950-1050℃温度区域（通常为锅炉对流换热区）和没有催化剂的条件下，NH3与NOx进行选择性非催化还原反应，将NOx还原成N2与H2O溶液。以尿素为还原剂时，主要反应式为：CO（NH2）2→2NH2+CONH2+NO→N2+H2OCO+NO→N2+CO2
1.2脱硝工艺流程
选用尿素作为还原剂，整个SNCR脱硝系统的设计主要包尿素溶液制备存储系统、尿素溶液输送系统、稀释水系统、尿素溶液炉前喷射系统及雾化压缩空气和排水系统组成。脱硝工艺流程大致可以列为：
1.3影响因素分析
（1）反应温度窗口
试验结果表明，SNCR还原NOx的反应对于温度条件非常敏感，温度窗口的选择是SNCR还原NOx效率高低的关键。一般认为理想的温度范围为850℃～1250℃，温度高，还原剂被氧化成NOx，烟气中的NOx含量不减少反而增加；在温度低的情况下，还原剂反应不充分，造成流失从而造成新的污染。由于炉内的温度分布受到煤种、负荷等多种因素的影响，温度窗口随着锅炉负荷的变化而变动。根据锅炉性能和运行经验，最佳的温度窗口一般出现在折焰角附近的屏式过，对于CFB型锅炉，可将还原剂的喷射器布置在炉膛与分离器之间的水平烟道上。
（2）合适的停留时间
还原剂必须与NOx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NOx的还原率。还原剂在最佳温度窗口的停留时间越长，则脱除NOx的效果越好。NH3的停留时间超过1s，则可以出现最佳脱除效率。尿素和氨水需要0.3～0.5s的停留时间以达到有效的脱销效果。
2采用有效的烟气NOx的脱除技术
2.1脱硝效率高
旋风分离器是理想的SNCR还原剂喷入点，分离器入口烟温在800～950℃，恰好处于SNCR的最佳反应温度；烟气在分离器内的停留时间较长（一般为1.5～2.5s），烟气和还原剂溶液可以充分混合；分离器内烟气旋流强烈，有助于还原剂溶液的快速扩散；循环灰是富含多种金属氧化物的多孔介质，也是与NOx反应的催化剂。
2.2循环灰的催化作用
在循环流化床锅炉中喷氨时，在适当的反应条件下，高浓度的循环灰能够同时选择性地催化脱除NO和N2O的反应，实现无催化剂成本的氮氧化物超低排放。因此循环灰对脱除NO及N2O具有重要作用，应当引起重视。在循环流化床锅炉中，在炉膛旋风分离器入口处喷入NH3并进行脱硝反应时，旋风分离器中循环灰的浓度较高，气相与固相剧烈混合并相互接触，使循环灰中的活性成分能够与NH3和NO有效接触，并发生气固多相反应。在循环灰的作用下，可以有效地提高喷氨脱硝反应的NO与NH3转化率，有效地促进NO排放量的降低。循环灰为床料时对NO和NH3的反应有催化作用，反应后气体中NH3的浓度显著降低。研究表明，在循环灰的主要化学组分中，SiO2和Al2O3对NH3与NO的反应催化作用较弱，Fe2O3，Fe3O4和CaO是促进NH3和NO发生反应的活性成分。循环灰对NH3还原N2O的反应也具有催化作用，加入NH3，使N2O的浓度在催化分解的基础上显著降低，在较低的温度下就能脱除N2O，且反应后气体中残留的NH3浓度很低。
3脱硝系统的控制要点
按环保相关规定要求，采用单独的分散控制系统（DCS）。将锅炉尾部烟道NOx作为反馈值，控制喷入炉内还原剂量，同时相应调整稀释水的流量，使得还原剂量加稀释水量等于喷枪喷射量并保持恒定，使得NOx质量浓度不高于100mg/m³，氨逃逸质量浓度不高于8mg/m³。系统整体处于自动模式下运行。锅炉负荷变动幅度大时，SNCR系统可处于手动模式下运行。
4SNCR技术在循环流化床锅炉上的应用
4.1循环流化床锅炉应用SNCR技术的优势
相对于煤粉炉，SNCR技术在流化床锅炉上应用具有NOx初始排放浓度较低、反应时间长、还原剂与烟气混合效果好等优势。
(1)流化床锅炉的NOx初始排放浓度较低。流化床锅炉的炉内燃料低温燃烧炉床温度不高，通常为800℃～950℃。较低的燃烧温度使得热力型NOx与燃料型NOx大量减少，流化床锅炉的初始NOx浓度一般低于300mg/Nm3。
（2）流化床锅炉特有的旋风分离器结构为SNCR反应提供了适合的反应温度及较长的反应时间。流化床锅炉旋风分离器内温度一般在850℃左右，处于SNCR反应温度800℃～1200℃范围之内；相关研究表明SNCR系统获得较高的脱硝效率需保证0.2s以上的反应时间；而大尺寸的旋风分离器可以保证NOx与氨具有约0.5s的反应时间，更长的反应时间保证了更好的脱硝效率。
（3）流化床锅炉内还原剂与烟气的混合效果好。SNCR技术应用于大型煤粉锅炉时，脱硝效率不高的一个重要原因是NOx与还原剂混合不均匀。流化床锅炉内混合效果好主要体现在两个方面：一是烟气在旋风分离器内具有较长的混合时间；二是流化床锅炉通常容量较小，在较小的锅炉上，还原剂的喷入可更好地被控制，易实现还原剂与烟气的混合。影响SNCR脱硝效率主要包括温度、氨与烟气的混合程度、氨硝摩尔比、反应时间等因素。循环流化床锅炉本身具有的上述特点保证了单独采用SNCR技术即可获得满足环保标准中要求的NOx排放浓度。
4.2SNCR技术在循环流化床锅炉上的应用实例
神华国神集团郭家湾电厂选用哈尔滨锅炉厂制造的HG-1065/17.5-L.MG44型锅炉，初始锅炉未安装脱销系统。面对新的环保排放限值要求，该电厂一度通过燃烧调整来控制NOX排放符合环保要求（西北地区暂为200mg/Nm³），最直接的调整方式为降低锅炉过剩空气系数，以此来抑制NOX的生成量。这种调整方式曾一度使该厂环保指标满足现行排放标准，但是过低的氧量带来了几个后果：一、锅炉燃烧效率下降，通过表中2014年数据与SNCR投运后数据比较，不难发现2014年全年飞灰含碳量和低渣含碳量很高；二、因为控氧的原因导致二氧化硫指标偏高，这就进一步导致了石灰石耗量增加。
基于此，电厂先后利用机组等级检修时间分别对1、2号炉进行了SNCR系统设计与安装，将稀释至一定浓度的尿素溶液喷入分离器入口水平烟道内，在850℃～950℃温度条件下，氨选择性地与烟气中的NO、NO2发生还原反应，达到脱硝的目的。2015年07月初#2炉SNCR技改工程施工完毕，系统于7月中旬开始试运行，通过下表中不难发现烟气中NOx经SNCR工艺脱除后后由2014年的176mg/Nm³降至66mg/Nm³以下，氨逃逸控制在5ppm以下，完全达到国家环保标准要求，并顺利通过环保验收。SNCR系统运行数据见下表1。
结束语
随着环保法规要求的日益严格，我国氮氧化物的排放控制已被列为“十二五”环保规划的重点工作。采用SNCR脱硝技术处理燃煤烟气是一项技术可靠、性价比高的技术。SNCR脱硝技术在中小型循环流化床锅炉有广泛的应用前景，可获得较高的处理效率，满足排放限值的要求。
参考文献
[1]刘晓红.SNCR脱硝装置在应用中需注意的问题[J].化工管理.2014(14).
[2]贾世昌,耿桂淦,宋正华.SNCR脱硝技术的应用探讨[J].中国环保产业.2013(03).