SNCR工藝概述
選擇性非催化還原法(SNCR)煙氣脫硝技術(shù)是目前主要的煙氣脫硝技術(shù)之一。在爐膛800~1250℃這一狹窄的溫度范圍內(nèi)、在無催化劑作用下，NH3 或尿素等氨基還原劑可選擇性地還原煙氣中的NOx，基本上不與煙氣中的O2 作用，據(jù)此發(fā)展了SNCR 法。在800~1250℃范圍內(nèi)，NH3 或尿素還原NOx 的主要反應(yīng)為：
氨為還原劑 4NH3 + 4NO + O2 → 4 N2 + 6 H2O
尿素為還原劑 CO (NH2)2 → 2 HN2 + CO
NH2 + NO → N2 + H2O
NO + CO → N2 + CO2
當(dāng)溫度過高時，部分氨還原劑就會被氧化而生成NOX，發(fā)生副反應(yīng)：
4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O
SNCR工藝是一種成熟的脫硝技術(shù)，在國內(nèi)外均有廣泛的應(yīng)用。尤其在小型的燃煤、燃油、燃氣機組或工業(yè)鍋爐上，SNCR具有其一定的優(yōu)越性。
SNCR系統(tǒng)較為簡單，可以根據(jù)機組運行狀況靈活處理，不受機組燃料和負荷的變化而受影響，施工周期短，SNCR 對其他系統(tǒng)的運行(如空氣預(yù)熱器和除塵器)都不產(chǎn)生干擾及增加阻力。同SCR煙氣脫硝技術(shù)相比，SNCR的投資與運行成本相對較低，沒有額外的SO2/SO3 轉(zhuǎn)化率，非常適和老廠的脫硝改造。若需進一步降低氮氧化物的濃度，可在尾部加設(shè)SCR反應(yīng)器，形成SNCR-SCR混合技術(shù)，只需加裝少量的催化劑就可滿足進一步的排放要求。SNCR、SCR和SNCR-SCR三種技術(shù)性能比較見表2-1。
表2-1 選擇性還原脫硝技術(shù)性能比較
項目 | SCR | SNCR | SCR-SNCR |
還原劑 | NH3或尿素 | NH3或尿素 | NH3或尿素 |
反應(yīng)溫度 | 250~420℃ | 850~1250℃ | 前段：250~420℃，后段：850~1250℃ |
催化劑 | TiO2，V2O5，WO3 | 不使用催化劑 | 后段加裝少量TiO2，V2O5，WO3 |
脫硝效率 | 70~90% | 大型機組為25~40%，小型機組配合LNB、OFA技術(shù)可達80% | 40~90% |
反應(yīng)劑噴射位置 | 多選擇省煤器與SCR反應(yīng)器間的煙道內(nèi) | 通常在爐膛內(nèi)噴射 | 綜合SNCR和SCR |
NH3逃逸 | 小于3ppm | 5~10ppm | 小于5ppm |
SO2/SO3氧化 | 會導(dǎo)致SO2/SO3氧化 | 不導(dǎo)致SO2/SO3氧化 | SO2/SO3氧化較SCR低 |
對空氣預(yù)熱器影響 | 催化劑中的V、Mn、Fe等多種金屬會對SO2的氧化起催化作用，SO2/SO3氧化率較高， NH3與SO3易形成NH4HSO4而造成堵塞或腐蝕 | 不會因催化劑導(dǎo)致SO2/SO3的氧化，造成堵塞或腐蝕的概率低于SCR和混合SNCR-SCR | SO2/SO3氧化率較SCR低，造成堵塞或腐蝕的概率較SCR低 |
系統(tǒng)壓力損失 | 催化劑會造成較大的壓力損失 | 沒有壓力損失 | 催化劑用量較SCR少，產(chǎn)生的壓力損失相對較小 |
燃料的影響 | 高灰分會磨耗催化劑，堿金屬氧化物會使催化劑鈍化 | 無影響 | 與SCR相同 |
鍋爐的影響 | 受省煤器出口煙氣溫度的影響 | 受爐膛內(nèi)煙氣流速、溫度分布及NOx分布影響 | 綜合SNCR和SCR |
占地空間 | 大(需增加大型催化劑反應(yīng)器和供氨或尿素系統(tǒng)) | 小(鍋爐無需增加催化劑反應(yīng)器) | 較小(需增加小型催化劑反應(yīng)器) |
SNCR的優(yōu)點
與其它脫硝技術(shù)相比，SNCR技術(shù)具有以下優(yōu)點：
1) 脫硝效果令人滿意：SNCR技術(shù)應(yīng)用在中小型鍋爐上，長期現(xiàn)場應(yīng)用一般能夠達到30～50%的NOx脫除率，循環(huán)流化床的的SNCR技術(shù)可取得50%以上的脫硝效率。
2) 還原劑多樣易得：SNCR技術(shù)中脫除NOx的還原劑一般都是含氮的物質(zhì)，包括氨、尿素、氰尿酸和各種銨鹽(醋酸銨、碳酸氫銨、氯化銨、草酸銨、檸檬酸銨等)。但效果較好、實際應(yīng)用最廣泛的是氨和尿素。
3) 無二次污染：SNCR技術(shù)是一項清潔的技術(shù)，沒有任何固體或液體的污染物或副產(chǎn)物生成，無二次污染。
4) 經(jīng)濟性好：由于SNCR的反應(yīng)是靠鍋爐內(nèi)的高溫驅(qū)動的，不需要昂貴的催化劑系統(tǒng)，因此投資成本和運行成本較低。
5) 系統(tǒng)簡單、施工時間短：SNCR技術(shù)最主要的系統(tǒng)就是還原劑的儲存系統(tǒng)和噴射系統(tǒng)，主要設(shè)備有儲罐、泵、噴槍和必要的管路、儀控設(shè)備。由于設(shè)備簡單，SNCR技術(shù)的安裝期短，僅需15天左右停爐時間，小修期間即可完成爐膛施工。
6) SNCR技術(shù)不需要對鍋爐燃燒設(shè)備和受熱面進行大的改動，也不需要改變鍋爐的常規(guī)運行方式，對鍋爐的主要運行參數(shù)也不會有顯著影響。
主要影響因素
圖2-1 鍋爐SNCR過程原理示意圖
SNCR工藝主要使用氨基還原劑在溫度區(qū)域870～1200°C 噴入含NO的燃燒產(chǎn)物中，發(fā)生還原反應(yīng)，脫除NO，生成N2和H2O，鍋爐SNCR過程原理示意參見圖2-1。由于在一定溫度范圍，有氧氣的情況下，氮劑對NOx的還原，在所有其他的化學(xué)反應(yīng)中占主導(dǎo)，表現(xiàn)出選擇性，因此稱之為選擇性非催化還原。SNCR在實驗室內(nèi)的試驗中可以達到90%以上的NO脫除率。SNCR 應(yīng)用在大型鍋爐上，選擇短期示范期間能達到75%的脫硝效率，典型的長期現(xiàn)場應(yīng)用能達到30%～70%的NOx脫除率。在大型的鍋爐(大于300MW 熱電功率)上運行，通常由于混合的限制，脫硝率小于35%。SNCR 技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用是在20世紀70年代中期日本的一些燃油、燃氣電廠開始的，在歐盟國家從80 年代末一些燃煤電廠也開始SNCR 技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用。
在SNCR 技術(shù)設(shè)計和應(yīng)用中，影響脫硝效果的主要因素包括：
1) 溫度范圍；
2) 合適的溫度范圍內(nèi)可以停留的時間；
3) 反應(yīng)劑和煙氣混合的程度；
4) 未控制的NOx濃度水平；
5) 化學(xué)計量比NSR；
6) 氣氛(氧量、一氧化碳濃度)的影響；
7) 還原劑的類型和狀態(tài)；
8) 添加劑的作用；
SCR系統(tǒng)概述
選擇性催化還原(SCR)技術(shù)是目前應(yīng)用最多而且最有成效的煙氣脫硝技術(shù)。SCR技術(shù)是在金屬催化劑作用下，以NH3作為還原劑，將NOx還原成N2和H2O。NH3不和煙氣中的殘余的O2反應(yīng)，而如果采用H2、CO、CH4等還原劑，它們在還原NOx的同時會與O2作用，因此稱這種方法為“選擇性”。工作原理如圖3.2所示，主要反應(yīng)方程式為：
4NH3+4NO+O2─>4N2+6H2O
8NH3+6NO2 ─>7N2+12H2O
圖2.2 SCR工作原理圖
通過采用合適的催化劑，上述反應(yīng)可以在290℃~410℃的溫度范圍內(nèi)有效進行，可以獲得高達80%～90%的NOx脫除效率。目前，世界各國采用SCR技術(shù)建設(shè)的脫硝裝置有數(shù)百套之多。SCR技術(shù)對鍋爐煙氣NOx控制效果十分顯著，占地面積小、技術(shù)成熟、易于操作，可作為我國燃煤電廠控制NOx污染的主要手段之一。
SCR系統(tǒng)在電廠的布置方式有3種，最常用的的布置方式稱為高塵布置方式，即將SCR布置在省煤器與空預(yù)器之間，該方式是應(yīng)用最廣泛的布置方式。溫度在300～400℃范圍內(nèi)，是大多數(shù)催化劑的最佳反應(yīng)溫度區(qū)，但催化劑處于高塵煙氣中，條件惡劣，壽命會受到影響。第2種布置方式是將電除塵器布置在空氣預(yù)熱器之前，而SCR反應(yīng)器布置在電除塵器和空氣預(yù)熱器之間，該布置方式可防止煙氣中飛灰對催化劑的污染和對反應(yīng)器的磨損與堵塞，但其缺點是普通電除塵器在300~400℃的高溫下無法正常運行。第3種是尾部布置方式，SCR反應(yīng)器布置在除塵器和煙氣脫硫系統(tǒng)之后，催化劑不受飛灰和SO2的影響，但由于煙氣溫度較低，一般需要氣氣換熱器或采用加設(shè)燃油或燃天然氣的燃燒器將煙氣溫度提高到催化劑的活性溫度，勢必增加能源消耗和運行費用。
本工程脫硝采用高溫高塵的布置方案，即SCR反應(yīng)器布置在鍋爐兩級省煤器之間。
