仇云霞，朱 沖

（江蘇科行環(huán)?？萍加邢薰?，江蘇 鹽城 224051）

一種改善SNCR窗口溫度的新工藝

仇云霞，朱 沖

（江蘇科行環(huán)保科技有限公司，江蘇 鹽城 224051）

SNCR脫硝工藝在循環(huán)流化床鍋爐的脫硝改造上的應(yīng)用十分廣泛，但由于有些鍋爐溫度過低，如不采取特殊措施就無法滿足環(huán)保要求。文章簡要介紹了NOx脫除的機(jī)理，通過在煙氣中加入CH4，可改善SNCR的反應(yīng)條件，提高反應(yīng)效率。

循環(huán)流化床鍋爐；選擇性非催化還原法脫硝；溫度窗口；甲烷

1 引言

煤粉燃燒是產(chǎn)生氮氧化物的主要來源，我國對于NOx的排放標(biāo)準(zhǔn)控制日趨嚴(yán)格。目前國內(nèi)主流的脫硝技術(shù)主要有選擇性催化還原法 （SCR）和選擇性非催化還原法（SNCR）。SCR裝置設(shè)在煙氣尾部，脫硝效率高，化學(xué)反應(yīng)溫度較低，但存在初期投資成本和運(yùn)行成本較高、設(shè)備占地面積大、還原劑和催化劑用量較大等缺點(diǎn)。SNCR工程造價(jià)較低、占地面積小，非常適合老廠改造，該工藝可適用各種燃料、各種類型的鍋爐，并具有良好的經(jīng)濟(jì)性，可適應(yīng)市場的需求。SNCR的脫硝原理是：在鍋爐850℃～1150℃溫度窗口噴入尿素溶液或氨水，煙氣溫度高于或低于反應(yīng)溫度窗口時(shí)將導(dǎo)致脫硝效率下降。而在鍋爐實(shí)際運(yùn)行過程中，由于負(fù)荷變化、燃燒方式的不同，會導(dǎo)致煙氣溫度低于反應(yīng)溫度窗口，該情況下使用SNCR脫硝效率會明顯下降。所以擴(kuò)展SNCR反應(yīng)溫度窗口技術(shù)的探討是一個(gè)新的研究方向。

2 反應(yīng)機(jī)理探討

在850℃～1150℃溫度條件下，采用NH3作為還原劑還原NOx，化學(xué)反應(yīng)方程式主要如下：

從SNCR微觀基元反應(yīng)上分析探討，NH3向N2的轉(zhuǎn)換反應(yīng)尤為重要，其反應(yīng)方程式如下：

后期還原NOx，其微觀反應(yīng)方程式如下：

從以上反應(yīng)方程可以看出，適量的OH、O、H基元是NOx還原反應(yīng)的必要條件，活性基元是在足夠高的溫度下產(chǎn)生，煙氣內(nèi)的活性基元在低于反應(yīng)溫度窗口時(shí)的產(chǎn)生量不足，造成煙氣脫硝反應(yīng)速率下降。

因此，SNCR工藝的脫硝效率主要取決于煙氣中OH、O、H基元數(shù)量，數(shù)量愈多，脫硝效率愈高，反之則效率下降。所以在溫度低于850℃的條件下需要一種能提高煙氣內(nèi)OH、O、H基元數(shù)量的方法來保證脫硝效率。

選用CH4作為添加劑可彌補(bǔ)煙氣OH、O、H基元數(shù)量。足夠高溫下CH4會發(fā)生一系列生成活性基元的反應(yīng)，產(chǎn)生的活性基元可以補(bǔ)充在略低于工藝溫度窗口下的溫度區(qū)間內(nèi)的煙氣活性基元的不足，使得反應(yīng)窗口溫度降低。

3 工程應(yīng)用

該項(xiàng)方案設(shè)備具體包括：氨水儲罐、高流量循環(huán)模塊、稀釋計(jì)量模塊、分配模塊、CH4壓縮儲罐、計(jì)量系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、噴槍、溫度傳感器、CH4噴吹管。具體工藝實(shí)施方法為：

（1）在75t/h循環(huán)流化床鍋爐上選擇850℃～1150℃溫度窗口作為SNCR噴槍開孔區(qū)域，通過CFD流暢模擬煙氣與氨水霧化效果最佳處作為噴槍開孔插入點(diǎn)，對于75t/h循環(huán)流化床鍋爐分配模塊選用4支噴槍，在煙氣出口處對稱布置，兩側(cè)各兩只槍，噴槍過少會導(dǎo)致噴氨量過少，存在NOx與爐膛中的煙氣混合不充分，導(dǎo)致NOx反應(yīng)不完全，噴槍過多則噴氨量多，會增加氨逃逸。

（2）在噴槍開孔處附近取合適位置作為溫度計(jì)探測點(diǎn)，溫度計(jì)探測點(diǎn)設(shè)置在噴槍前方200～300mm。

（3）溫度傳感器安置結(jié)束后，取一側(cè)噴槍位置前300～500mm處作為CH4噴吹管的安裝位置，其縱向高度在兩噴槍之間。

（4）在廠區(qū)合適地面布置氨區(qū)，包括氨水儲罐、HFD模塊、卸氨泵、洗眼池以及CH4壓縮儲罐，稀釋計(jì)量模塊、CH4計(jì)量模塊及稀釋水箱布置在鍋爐運(yùn)轉(zhuǎn)平臺，分配模塊放置在噴槍附近處。

（5）所有設(shè)備都與DCS控制系統(tǒng)連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)輸送與反饋。其結(jié)構(gòu)模型如下圖。

結(jié)構(gòu)模型圖

4 CH4過程控制原理

（1）如上圖，當(dāng)溫度計(jì)2所測溫度在正常反應(yīng)溫度內(nèi)（850℃～1150℃）時(shí)，控制系統(tǒng)對計(jì)量系統(tǒng)不執(zhí)行任何操作，CH4不噴入鍋爐，此時(shí)爐膛內(nèi)煙氣中的OH、H、O活性基元數(shù)量正常，氨水（或尿素溶液）與鍋爐煙氣正常反應(yīng)，計(jì)量系統(tǒng)為常閉狀態(tài)。

（2）當(dāng)鍋爐運(yùn)行負(fù)荷變化或其他工況下使噴槍附近煙氣溫度下降，溫度計(jì)2反饋溫度在低于850℃時(shí)，計(jì)量系統(tǒng)的電動球閥打開，CH4從CH4壓縮儲罐通過計(jì)量系統(tǒng)送至CH4噴吹管噴入爐膛，CH4在高溫作用下使煙氣生成足夠的OH、H、O活性基元，補(bǔ)充因溫度下降活性基元的減少，保證脫硝效率穩(wěn)定。

5 結(jié)論

該工藝簡單，占地面積小，在煙氣溫度低于SNCR正常反應(yīng)窗口溫度時(shí)，通過噴入CH4提高活性基元的數(shù)量，有效擴(kuò)展了SNCR反應(yīng)溫度窗口，保證了脫硝效率和脫硝系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

A New Technology for Improvement of SNCR Window Temperature

QIU Yun-xia, ZHU Chong
(Jiangsu Kehang Environmental Technologies Co., Ltd, Jiangsu Yancheng 224051, China)

SNCR denitration technology in the denitration transformation of CFB is widely used, but temperature in some boilers is too low, if special measures are not taken, they can‘t meet the environmental requirements. This paper describes the mechanism of NOx denitration. By mixing CH4 in flue gas, the mechanism could improve the SNCR reaction condition and increase the reaction efficiency.

CFB; SNCR denitration; temperature; CH4

X701

A

1006-5377（2016）12-0043-02