李仁剛，雷達(dá)

(南京龍源環(huán)保公司，江蘇南京 210012)

選擇性非催化還原煙氣脫硝技術(shù)在流化床鍋爐上應(yīng)用的探討

李仁剛，雷達(dá)

(南京龍源環(huán)保公司，江蘇南京 210012)

對選擇性非催化還原(SNCR)煙氣脫硝技術(shù)與選擇性催化還原(SCR)煙氣脫硝技術(shù)在流化床鍋爐上應(yīng)用的適應(yīng)性進(jìn)行了對比分析。分析結(jié)果顯示，相對于SCR技術(shù)，SNCR技術(shù)更適于流化床鍋爐，指出了SNCR技術(shù)在流化床鍋爐上應(yīng)用存在的問題，N2O難以去除。

脫硝;選擇性非催化還原;流化床

0 引言

選擇性非催化還原(SNCR)煙氣脫硝技術(shù)是一種主流的商用煙氣脫硝技術(shù)。相對于選擇催化還原(SCR)技術(shù)，SNCR煙氣脫硝技術(shù)具有投資省，占地少，工期短，便于維護(hù)等優(yōu)點。但SNCR工藝的脫硝效率較低，對于大型電廠的煤粉鍋爐，SNCR的脫硝效率通常為30%～60%。單獨采用SNCR煙氣脫硝技術(shù)很難滿足排放標(biāo)準(zhǔn)中對煤粉爐NOx排放限值為100mg/m3的要求。

流行化床鍋爐技術(shù)是一項近十幾年來迅速發(fā)展的高效低污染清潔燃燒枝術(shù)，已在電站鍋爐、工業(yè)鍋爐和廢棄物處理利用等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。流化床鍋爐具有NOx排放濃度低，爐內(nèi)結(jié)構(gòu)適于SNCR技術(shù)等特點，流化床鍋爐的SNCR系統(tǒng)脫硝效率可達(dá)50% ～70%［1］?；究梢詽M足標(biāo)準(zhǔn)中“一般地區(qū)的排放限值為200mg/m3，重點地區(qū)的排放限值為100mg/m3?！钡沫h(huán)保要求［2］。

1 SNCR原理與工藝

SNCR技術(shù)是在不采用催化劑的情況下將NH3或尿素等還原劑噴入爐內(nèi)800℃～1100℃的區(qū)域，讓還原劑與NOx進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。NH3或尿素為還原劑時，SNCR化學(xué)反應(yīng)方程式如下:

SNCR煙氣脫硝技術(shù)工藝流程見圖1。SNCR工藝首先將還原劑兌制成水溶液，而后利用噴槍將還原劑溶液噴入爐膛內(nèi)溫度合適的區(qū)域［3］，還原劑在爐內(nèi)迅速分解，選擇性地把煙氣中NOx還原為N2和H2O，從而達(dá)到脫除NOx目的。

圖1 SNCR煙氣脫硝工藝流程示意

2 適應(yīng)性分析

2.1 SNCR技術(shù)對于流化床鍋爐的優(yōu)勢

相對于煤粉爐，SNCR技術(shù)在流化床鍋爐上應(yīng)用具有NOx初始排放濃度不高、反應(yīng)時間長、還原劑與煙氣混合效果好等優(yōu)勢。

(1)流化床鍋爐的NOx初始排放濃度不高。流化床鍋爐的爐內(nèi)溫度不高，通常為800～950℃。燃燒溫度低使得熱力型NOx與燃料型NOx大量減少。流化床鍋爐的初始 NOx濃度一般為100～500mg/m3。雖然SNCR的脫硝效率不高，但流化床鍋爐的初始排放濃度低使得單獨采用SNCR技術(shù)滿足環(huán)保法規(guī)中對最終排放的要求成為可能。

(2)流化床鍋爐的運行方式及物理結(jié)構(gòu)為SNCR反應(yīng)提供了較長的反應(yīng)時間。反應(yīng)時間越長，則SNCR脫硝效率越高。流化床鍋爐的爐內(nèi)溫度與SNCR反應(yīng)溫度相吻合，流化床鍋爐的爐內(nèi)溫度為800～950℃，SNCR反應(yīng)溫度850～1100℃。相對于煤粉爐，流化床鍋爐的爐膛內(nèi)缺少高溫區(qū)，具有SNCR反應(yīng)溫度的煙道更多，且煙氣在煙道中流動，煙道的增多意味著反應(yīng)時間的增長。另外，煙氣在旋風(fēng)筒分離器內(nèi)的停留時間較長。SNCR還原劑的噴射點在旋風(fēng)筒分離器前部，因此SNCR反應(yīng)時間增加了。

(3)流化床鍋爐內(nèi)還原劑與煙氣的混合效果好。SNCR技術(shù)應(yīng)用于大型煤粉鍋爐時，脫硝效率不高的一個重要原因是NOx與還原劑混合不均勻。加強還原劑與煙氣的混合可讓還原劑與NOx接觸得更加充分，提高脫硝效率。流化床鍋爐內(nèi)混合效果好主要體現(xiàn)在兩個方面:一是煙氣在旋風(fēng)筒分離器內(nèi)大尺度的混合;二是流化床鍋爐通常容量較小。在較小的鍋爐上，還原劑的噴入可更好地被控制，易實現(xiàn)還原劑與煙氣的混合。

上述(2)、(3)兩條可使SNCR脫硝效率升高至50%～70%，結(jié)上所述，對于NOx初始排放濃度在330mg/m3以下的流化床鍋爐，單獨采用SNCR技術(shù)，可滿足NOx排放濃度降至100mg/m3以下的環(huán)保要求;對于NOx初始排放濃度在660mg/m3以下的流化床鍋爐，單獨采用SNCR技術(shù)，可滿足NOx排放濃度降至200mg/m3以下的環(huán)保要求。

2.2 SCR技術(shù)對于流化床鍋爐的劣勢

相對于煤粉爐，SCR技術(shù)在流化床鍋爐上應(yīng)用是有劣勢的。流化床鍋爐通常燃燒劣質(zhì)燃料，如煤矸石、生物質(zhì)、甚至固體廢棄物等。煙氣中不但灰分很大，而且成分復(fù)雜。這類煙氣會給電站SCR系統(tǒng)的釩鈦整體催化劑帶來極大的負(fù)面影響，進(jìn)而導(dǎo)致SCR系統(tǒng)的性能全面下降。流化床鍋爐煙氣對SCR系統(tǒng)催化劑的負(fù)面影響表現(xiàn)在以下兩個方面［4］:一是高粉塵煙氣加速催化劑的物理劣化。高粉塵煙氣加大整體催化劑的磨損，同時使整體催化劑阻塞的概率上升;二是化學(xué)成分復(fù)雜的煙氣加速催化劑的化學(xué)劣化。煙氣中的堿金屬、堿土金屬、砷、硫氧化物都會使釩鈦催化劑中毒［5］。

通過以上SNCR技術(shù)與SCR技術(shù)對于流化床鍋爐的適應(yīng)性對比可知，在流化床鍋爐上采用SNCR技術(shù)是合適的，基本可以達(dá)到目前環(huán)保法規(guī)的要求。同時考慮到SNCR比SCR系統(tǒng)便宜許多，SNCR技術(shù)在流化床鍋爐上的優(yōu)勢是明顯的。

3 結(jié)語

流化床鍋爐出口約有142～425mg/m3的N2O，N2O是“京都議定書”規(guī)定的6種溫室氣體之一，兼有溫室效應(yīng)與臭氧層破壞的作用。目前，無論SCR技術(shù)還是SNCR技術(shù)都無法對N2O的減排起作用，N2O的減排需用其他的專用方法。SNCR技術(shù)適于在流化床鍋爐上應(yīng)用。對于NOx初始排放濃度在330mg/m3以下的流化床鍋爐，單獨采用SNCR技術(shù)，可滿足NOx排放濃度降至100mg/m3以下的環(huán)保要求;對于NOx初始排放濃度在660mg/m3以下的流化床鍋爐，單獨采用SNCR技術(shù)，可滿足NOx排放濃度降至200mg/m3以下的環(huán)保要求。

［1］Lawrence Drbal.Power plant engineering［M］.Spinger，1996.

［2］GB 13223－2011，火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［3］盧志民.SNCR反應(yīng)機理及混合特性研究［D］.杭州:浙江大學(xué)，2006.

［4］雷達(dá).電站選擇性催化還原煙氣脫硝系統(tǒng)的數(shù)值模擬與試驗研究［D］.南京:東南大學(xué)，2010.

［5］新井紀(jì)男.燃燒生成物的發(fā)生與抑制技術(shù)［M］.北京:科學(xué)出版社，2001.

Exploration on application of Selective Non－Catalytic Reduction denitrification technique in circulating fluidized bed boiler

The adaptability between Selective Non－Catalytic Reduction(SNCR)denitrification technique and Selective Catalytic Reduction(SCR)denitrification technique on circulating fluidized bed(CFB)boiler is analyzed.The results indicate that SNCR technique is more suitable for CFB boiler than SCR technique.Subsequently，the deficiency of SNCR technique applied in CFB boiler that N2O is hard to be eliminated is described.

denitrification;Selective Non－Catalytic Reduction;circulating fluidized bed

X701.7

B

1674－8069(2012)02－040－02

2011-12-20;

2011-03-17

李仁剛(1967-)，男，江蘇張家港人，高級工程師，主要從事火電廠脫硫、脫硝及布袋除塵器的設(shè)計、咨詢及研究工作。E－mail:rengangli@vip.163.com