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摘要：随着社会的发展与进步，重视燃煤锅炉SNCR脱硝技术对于现实生活具有重要的意义。本文主要介绍燃煤锅炉SNCR脱硝技术应用研究的有关内容。
关键词：燃煤锅炉；SNCR脱硝技术；机理；应用；
中图分类号：TK229.6文献标识码： A 文章编号：
引言
以煤作为主体的国家能源结构引发大气污染物排放总量一直都处于较高水平，区域性的大气污染问题已经显而易见，很多城市群空气污染表现出显而易见的区域性特征，NOx的污染问题还没有获得行之有效的控制，酸雨的类型早就已经从硫酸型转化为硝酸以及硫酸复合型。燃煤锅炉作为关键的NOx的排放源之一，对其实施减排是必须的，也是相当紧迫的。伴随着我国对NOx的排放管控日益严厉，燃煤锅炉脱硝的工程应用技术持续发展。如今对于现役的燃煤锅炉，通过高效低氮燃烧SNCR技术进行脱硝早就已经成为主流。
一、SNCR 脱硝机理
选择性非催化还原技术（SNCR）是一种不用催化剂，在850～1100 ℃范围内，在烟气中直接还原NOx 的工艺。SNCR 技术是把还原剂如氨气、尿素稀溶液等喷入炉膛温度为850～1100 ℃的区域，该还原剂迅速热分解出NH3 并与烟气中的NOx 进行反应生成N2 和H2O。该方法以炉膛为反应器，可通过对锅炉进行改造实现。在炉膛850～1100 ℃的温度范围内，在无催化剂作用下，氨或尿素等氨基还原剂可选择性地还原烟气中的NOx，基本上不与烟气中的O2 反应，主要反应为：
(1) 氨为还原剂：NH3+NOx→N2+H2O
(2) 尿素为还原剂：CO(NH2)2→2NH2+CO
NH2+NOx→N2+H2O
O2+NOx→N2+CO2
(3) 当温度过高时，超过反应温度窗口时，氨就会被氧化成NOx：
NH3+O2→NOx+H2O。
二、 SNCR 系统
某电厂HG- 410/ 9. 8- YM15 型单汽包、自然循环燃煤锅炉采用四角切圆燃烧方式, 固态排渣, 平衡通风, 单炉膛露天型布置, 热风送粉。每台锅炉配2台钢球磨煤机, 燃用神华准格尔混煤。该厂锅炉2007年陆续加装了SNCR 脱硝系统。SN CR 脱硝系统主要包括尿素溶液配制、在线稀释和喷射3 部分。尿素溶液配制及稀释系统如图1 所示。尿素溶液配制系统实现尿素储存、溶液配制和溶液储存的功能; 在线稀释系统根据锅炉运行情况、NOx排放浓度以及氨逃逸情况, 将尿素溶液在线稀释成所需的浓度后送入炉前喷射系统; 喷射系统实现各喷射层的尿素溶液分配、雾化喷射和计量。
在炉膛燃烧区域上部和炉膛出口烟气温度1 000~ 1 150 区域, 分4 层布置了49 支墙式尿素溶液喷射器。第4 层喷射器在32 m 标高处, 左、右墙各布置1 支, 前墙布置5 支; 第3 层喷射器在28. 5 m 标高处,左、右墙各布置5 支, 前、后墙各布置2 支; 第2 层和第1 层喷射器分别在26 m 和24 m 标高处, 喷射器布置方式与第3 层相同。根据锅炉负荷高低调整喷射器层间组合, 高负荷运行时, 投运上层喷射器; 低负荷运行时, 投运下部喷射器。一般投运1 层或2 层喷射器即可满足脱硝要求, 其余停运的喷射器退出炉膛以避免受热损坏。锅炉SNCR 脱硝用喷射器位置与燃烧器如图2 所示。
尿素溶液喷射器采用双流体雾化墙式喷嘴, 用蒸汽雾化低浓度尿素溶液, 尿素溶液压力约0. 3~ 0. 6MPa, 雾化蒸汽压力约0. 3~ 0. 7 MPa。所有墙式喷射器配有推进与缩回机构, 每层喷射器可单独控制。每层喷射器母管均配有1 个供液压力监测表和1 个溶液流量计量表。
三、影响SNCR运转过程的主要因素分析
3.1氨氮比NSR
氨氮比NSR是指反应体系中氨和NO的摩尔比与理论上的氨还原NO反应的当量摩尔比之间的比值。NSR提供一个描述还原剂相对喷射量的参数。当NSR的值超过l时显示喷射的尿素多于燃烧烟气中NO的含量。Nylander等人的脱硝实验显示，随着NSR值的逐渐提升，在NSR=2.0时脱除率达到40％。然后达到一点后开始逐渐降低，进一步提升NSR的值只能使N0x的脱除率少量提升。取决于NSR值的NH3排放量受到燃烧烟气温度的影响。当燃烧烟气温度相对来说比较低的时候，譬如说低于9800C。，高NSR值立刻引发NH3排放量的提升。在烟气温度比较高的时候，譬如说高于10400。，多余的尿素被氧化成为N0x，所以NSR值对NH3排放量的提升影响很小。在实施尿素喷氮脱硝的时候，能够通过调节NSR的值来控制喷入烟气的尿素量，提升NSR的值能够降低烟气中的N0x；，不过可能提升氨逃逸；减小NSR的值能够降低烟气中的氨逃逸，不过会减少脱硝率。与此同时NSR值不可以超越一个上限值，不然就能够导致调节失灵。
3.2还原剂与烟气的混合程度
因为喷入的尿素应该和烟气里面的NO混合充分之后才可以发挥比较好的选择性还原N0的效果，但是假如混合时间太长，或者混合不够均匀，就能够减小反应的选择性。在工业应用过程中，因为锅炉的炉膛直径较大，尿素还原剂与烟气的混合程度，对于提升脱硝效率显得格外关键。提升雾化气体压力和提高雾化质量能够促进混合。一般比较高的雾化气体压力能够促进雾化，这加速了初期尿素的释放并与NO反应。不过在一项采用雾化器的探索过程中，提升雾化压力未能够引发可测量的雾化质量的改善，可是提升了试剂的喷入动量。这进而又增进了试剂混合以及渗透，因此而影响了SNCR的性能。SNCR技术通常采用液体雾滴喷射的形式，可以利用喷射溶液的浓度大小，调节液体雾滴的蒸发时间，与此同时对于穿透炉膛大有裨益。因为锅炉负荷与燃烧使用的燃煤种类的改变，所以，炉内温度场改变状况较大。所以，通常采用多层墙式喷嘴，或者多层喷枪的喷射形式，以适应不一样的炉内温度改变工况。而同一层里面的墙式喷嘴也应该采取多个喷嘴的组合方式，从而达到最好的喷雾和烟气的混合。喷枪则采用多孔形式，采取实验或者数值模拟来改善喷射参数，来确保实现优异的混合。
3.3氨逃逸的影晌
在应用SNCR技术的时候，尿素溶液雾化颗粒进入到炉膛之后，绝大多数和烟气里面NO实施还原反应，也有一部分氧化形成NO，还有少部分的尿素分解变成NH3之后，不发生氧化反应或者还原反应逃逸出去。这部分不在恰当的反应温度区间的NH3，称之为氨逃逸。没有反应的氨进入到尾部烟道，可能会导致如下所示的几个问题：释放到大气中的时候，假如环境里面的氨浓度超过5ppm以上具有恶臭的气味，超过50ppm对人身健康带来负面影响；1000C。左右和HCl形成的氯化铵，形成烟囱可以看见的烟柱；2000C。左右产生的硫酸氢氨以及3000C。左右形成的硫酸氨使得下游装置空预器压损升高以及造成低温腐蚀；氨大量聚集在飞灰里面，从而影响到了飞灰的品质。为降低氨逃逸，有下面所述的一部分基本的措施：適当选取喷射点以及温度窗口，通过降低尿素溶液的使用剂量来降低逃逸的氨。与此同时采用构设优选尿素-SNCR体系的喷射策略，确保烟气和尿素溶液混合均匀反应，与此同时使得SNCR反应在恰当温度窗内停留充分长的一段时间，确保NH3的反应效率。也能够通过加入恰当的添加剂，加速烟气里面的N0x同尿素的反应速度。不过对于运转中的危害弊端，实际运转中能够通过降低控制空预器压损扩大以及减小对空预器的沾染腐蚀，SNCR系统的优化运转，降低炉膛出口的地方的NH3逃逸，从源头上降低硫酸氢氨产生的浓度。
结束语
由于选择性非催化还原( SNCR) 脱硝技术投资成本较低、改造方便, 适宜协同应用其它脱硝技术, 因而在燃煤电厂进行脱硝改造中得到了好大程度的应用。
参考文献
[1]胡浩毅. 以尿素为还原剂的SNCR 脱硝技术在电厂的应用[ J] . 电力技术, 2009 .
[2]陈庆坦. 尿素设备的腐蚀与防护[ J] . 石油化工腐蚀与防护, 1999 .
[3]高亮，王智化，凌忠钱，等．炉内高温喷射尿素溶液脱硝机理及其影响因素[J]．锅炉技术，2005．
[4]柏源.李忠华.薛建明.王小明 尿素为还原剂燃煤烟气脱硝技术的研究与应用[J]. 电力科技与环保2011.
关键词：燃煤锅炉；SNCR脱硝技术；机理；应用；
中图分类号：TK229.6文献标识码： A 文章编号：
引言
以煤作为主体的国家能源结构引发大气污染物排放总量一直都处于较高水平，区域性的大气污染问题已经显而易见，很多城市群空气污染表现出显而易见的区域性特征，NOx的污染问题还没有获得行之有效的控制，酸雨的类型早就已经从硫酸型转化为硝酸以及硫酸复合型。燃煤锅炉作为关键的NOx的排放源之一，对其实施减排是必须的，也是相当紧迫的。伴随着我国对NOx的排放管控日益严厉，燃煤锅炉脱硝的工程应用技术持续发展。如今对于现役的燃煤锅炉，通过高效低氮燃烧SNCR技术进行脱硝早就已经成为主流。
一、SNCR 脱硝机理
选择性非催化还原技术（SNCR）是一种不用催化剂，在850～1100 ℃范围内，在烟气中直接还原NOx 的工艺。SNCR 技术是把还原剂如氨气、尿素稀溶液等喷入炉膛温度为850～1100 ℃的区域，该还原剂迅速热分解出NH3 并与烟气中的NOx 进行反应生成N2 和H2O。该方法以炉膛为反应器，可通过对锅炉进行改造实现。在炉膛850～1100 ℃的温度范围内，在无催化剂作用下，氨或尿素等氨基还原剂可选择性地还原烟气中的NOx，基本上不与烟气中的O2 反应，主要反应为：
(1) 氨为还原剂：NH3+NOx→N2+H2O
(2) 尿素为还原剂：CO(NH2)2→2NH2+CO
NH2+NOx→N2+H2O
O2+NOx→N2+CO2
(3) 当温度过高时，超过反应温度窗口时，氨就会被氧化成NOx：
NH3+O2→NOx+H2O。
二、 SNCR 系统
某电厂HG- 410/ 9. 8- YM15 型单汽包、自然循环燃煤锅炉采用四角切圆燃烧方式, 固态排渣, 平衡通风, 单炉膛露天型布置, 热风送粉。每台锅炉配2台钢球磨煤机, 燃用神华准格尔混煤。该厂锅炉2007年陆续加装了SNCR 脱硝系统。SN CR 脱硝系统主要包括尿素溶液配制、在线稀释和喷射3 部分。尿素溶液配制及稀释系统如图1 所示。尿素溶液配制系统实现尿素储存、溶液配制和溶液储存的功能; 在线稀释系统根据锅炉运行情况、NOx排放浓度以及氨逃逸情况, 将尿素溶液在线稀释成所需的浓度后送入炉前喷射系统; 喷射系统实现各喷射层的尿素溶液分配、雾化喷射和计量。
在炉膛燃烧区域上部和炉膛出口烟气温度1 000~ 1 150 区域, 分4 层布置了49 支墙式尿素溶液喷射器。第4 层喷射器在32 m 标高处, 左、右墙各布置1 支, 前墙布置5 支; 第3 层喷射器在28. 5 m 标高处,左、右墙各布置5 支, 前、后墙各布置2 支; 第2 层和第1 层喷射器分别在26 m 和24 m 标高处, 喷射器布置方式与第3 层相同。根据锅炉负荷高低调整喷射器层间组合, 高负荷运行时, 投运上层喷射器; 低负荷运行时, 投运下部喷射器。一般投运1 层或2 层喷射器即可满足脱硝要求, 其余停运的喷射器退出炉膛以避免受热损坏。锅炉SNCR 脱硝用喷射器位置与燃烧器如图2 所示。
尿素溶液喷射器采用双流体雾化墙式喷嘴, 用蒸汽雾化低浓度尿素溶液, 尿素溶液压力约0. 3~ 0. 6MPa, 雾化蒸汽压力约0. 3~ 0. 7 MPa。所有墙式喷射器配有推进与缩回机构, 每层喷射器可单独控制。每层喷射器母管均配有1 个供液压力监测表和1 个溶液流量计量表。
三、影响SNCR运转过程的主要因素分析
3.1氨氮比NSR
氨氮比NSR是指反应体系中氨和NO的摩尔比与理论上的氨还原NO反应的当量摩尔比之间的比值。NSR提供一个描述还原剂相对喷射量的参数。当NSR的值超过l时显示喷射的尿素多于燃烧烟气中NO的含量。Nylander等人的脱硝实验显示，随着NSR值的逐渐提升，在NSR=2.0时脱除率达到40％。然后达到一点后开始逐渐降低，进一步提升NSR的值只能使N0x的脱除率少量提升。取决于NSR值的NH3排放量受到燃烧烟气温度的影响。当燃烧烟气温度相对来说比较低的时候，譬如说低于9800C。，高NSR值立刻引发NH3排放量的提升。在烟气温度比较高的时候，譬如说高于10400。，多余的尿素被氧化成为N0x，所以NSR值对NH3排放量的提升影响很小。在实施尿素喷氮脱硝的时候，能够通过调节NSR的值来控制喷入烟气的尿素量，提升NSR的值能够降低烟气中的N0x；，不过可能提升氨逃逸；减小NSR的值能够降低烟气中的氨逃逸，不过会减少脱硝率。与此同时NSR值不可以超越一个上限值，不然就能够导致调节失灵。
3.2还原剂与烟气的混合程度
因为喷入的尿素应该和烟气里面的NO混合充分之后才可以发挥比较好的选择性还原N0的效果，但是假如混合时间太长，或者混合不够均匀，就能够减小反应的选择性。在工业应用过程中，因为锅炉的炉膛直径较大，尿素还原剂与烟气的混合程度，对于提升脱硝效率显得格外关键。提升雾化气体压力和提高雾化质量能够促进混合。一般比较高的雾化气体压力能够促进雾化，这加速了初期尿素的释放并与NO反应。不过在一项采用雾化器的探索过程中，提升雾化压力未能够引发可测量的雾化质量的改善，可是提升了试剂的喷入动量。这进而又增进了试剂混合以及渗透，因此而影响了SNCR的性能。SNCR技术通常采用液体雾滴喷射的形式，可以利用喷射溶液的浓度大小，调节液体雾滴的蒸发时间，与此同时对于穿透炉膛大有裨益。因为锅炉负荷与燃烧使用的燃煤种类的改变，所以，炉内温度场改变状况较大。所以，通常采用多层墙式喷嘴，或者多层喷枪的喷射形式，以适应不一样的炉内温度改变工况。而同一层里面的墙式喷嘴也应该采取多个喷嘴的组合方式，从而达到最好的喷雾和烟气的混合。喷枪则采用多孔形式，采取实验或者数值模拟来改善喷射参数，来确保实现优异的混合。
3.3氨逃逸的影晌
在应用SNCR技术的时候，尿素溶液雾化颗粒进入到炉膛之后，绝大多数和烟气里面NO实施还原反应，也有一部分氧化形成NO，还有少部分的尿素分解变成NH3之后，不发生氧化反应或者还原反应逃逸出去。这部分不在恰当的反应温度区间的NH3，称之为氨逃逸。没有反应的氨进入到尾部烟道，可能会导致如下所示的几个问题：释放到大气中的时候，假如环境里面的氨浓度超过5ppm以上具有恶臭的气味，超过50ppm对人身健康带来负面影响；1000C。左右和HCl形成的氯化铵，形成烟囱可以看见的烟柱；2000C。左右产生的硫酸氢氨以及3000C。左右形成的硫酸氨使得下游装置空预器压损升高以及造成低温腐蚀；氨大量聚集在飞灰里面，从而影响到了飞灰的品质。为降低氨逃逸，有下面所述的一部分基本的措施：適当选取喷射点以及温度窗口，通过降低尿素溶液的使用剂量来降低逃逸的氨。与此同时采用构设优选尿素-SNCR体系的喷射策略，确保烟气和尿素溶液混合均匀反应，与此同时使得SNCR反应在恰当温度窗内停留充分长的一段时间，确保NH3的反应效率。也能够通过加入恰当的添加剂，加速烟气里面的N0x同尿素的反应速度。不过对于运转中的危害弊端，实际运转中能够通过降低控制空预器压损扩大以及减小对空预器的沾染腐蚀，SNCR系统的优化运转，降低炉膛出口的地方的NH3逃逸，从源头上降低硫酸氢氨产生的浓度。
结束语
由于选择性非催化还原( SNCR) 脱硝技术投资成本较低、改造方便, 适宜协同应用其它脱硝技术, 因而在燃煤电厂进行脱硝改造中得到了好大程度的应用。
参考文献
[1]胡浩毅. 以尿素为还原剂的SNCR 脱硝技术在电厂的应用[ J] . 电力技术, 2009 .
[2]陈庆坦. 尿素设备的腐蚀与防护[ J] . 石油化工腐蚀与防护, 1999 .
[3]高亮，王智化，凌忠钱，等．炉内高温喷射尿素溶液脱硝机理及其影响因素[J]．锅炉技术，2005．
[4]柏源.李忠华.薛建明.王小明 尿素为还原剂燃煤烟气脱硝技术的研究与应用[J]. 电力科技与环保2011.