脱硝技术在燃煤锅炉烟气中的开发与应用

张应虎，念吉红

(云南云天化股份有限公司，云南昆明 650228)

脱硝技术在燃煤锅炉烟气中的开发与应用

张应虎，念吉红

(云南云天化股份有限公司，云南昆明 650228)

燃煤锅炉 烟气 脱硝 选择性非催化还原技术

云南云天化股份有限公司有2台200 t/h燃煤锅炉，均已配套建成除尘脱硫装置。但随着国家对烟气排放标准的日益提高，锅炉的脱硝工作显得尤为重要。氮氧化物(NOx)是在燃烧工艺过程中由于氮的氧化而产生的气体，它不仅刺激人的呼吸系统，损害动植物，破坏臭氧层，而且也是引起温室效应、酸雨和光化学反应的主要物质之一 。世界各地对NOx的排放限制要求都趋于严格，而火电厂、垃圾焚烧厂和水泥厂等作为NOx气体排放的最主要来源，其减排更是受到格外的重视。锅炉烟气中含有大量的氮氧化物，易对大气环境造成污染，又会形成酸雨危害人类的健康。锅炉烟气脱硝系统就是将氨水作为还原剂喷入炉内与NOx进行选择性反应，最终氮氧化物被还原生成无害的N2和H2O，随烟气进入大气[1]。

1 工艺流程

合成来的稀氨水与冷脱盐水在稀氨水储槽内混合至一定的浓度，由氨水供应泵加压后，送到锅炉氨水喷枪。氨水经压缩空气雾化后进入锅炉与烟气中的氮氧化物进行反应，生成N2和水，从而达到脱硝的目的。

该系统选用气力式压缩空气作为雾化介质。气力式雾化是通过具有一定动能的高速气体冲击液体，从而达到一定雾化效果的方式。该系统由稀氨水水泵(一用一备)、流量调节、测量模块，喷枪和氨水储槽构成。喷枪采用304不锈钢材料制造，每支喷枪配有气动推进器，实现自动推进和推出喷枪的动作。氨水稀释系统为间断式工作状态，每天运行时间为2 h，运行时间内将每天所需稀氨水送至氨水缓冲罐储存。

2 技术特点

选择性非催化还原技术(SNCR)是将氨水等还原剂直接喷入炉膛，在850～1 150 ℃的高温区域与NOx进行选择性反应，生成N2和H2O，基本不与烟气中的O2作用[2]。其主要反应如下[3]：

不同还原剂有不同的反应温度范围，此温度范围称为温度窗。NH3的反应最佳温度区为 850～950 ℃。当反应温度过高时，氨易分解会使NOx还原率降低；另一方面，反应温度过低时，氨逃逸增加，也会使NOx还原率降低。NH3是高挥发性的有毒物质，氨的逃逸会造成新的环境污染。

SNCR法不使用催化剂，采用炉膛喷射脱硝，氨还原NO在900～1 100 ℃这一狭窄温度范围内进行。喷入的氨与烟气良好混合是保证脱硝还原反应充分进行、使用最少量氨达到最好效果的重要条件[4]。SNCR技术具有脱硝率高、氨逃逸低等显著特点。目前国内脱硝技术使用更多的是成熟的SCR技术。该技术也有着明显的缺点，即投资巨大、运行费用高昂。此外，SCR技术需要的反应温度为300～450 ℃，反应温度较高时，催化剂会产生烧结及(或)结晶现象；在反应温度较低时，催化剂的活性会因为硫酸铵在催化剂表面凝结堵塞催化剂的微孔而降低。

3 工艺指标

脱硝装置主要工艺指标见表1。

表1 脱硝装置主要工艺指标

4 措施

1) 喷射器布置。锅炉共布置 42 只喷枪, 分 3 层布置在炉膛燃烧区域上部和炉膛出口处。前墙和侧墙喷枪分别布置在28.5,26.0,23.5 m标高处, 后墙喷枪布置在27.3,25.4和23.5 m标高处。锅炉高负荷运行时, 投运上两层喷枪, 低负荷运行时, 投运下两层喷枪。在SNCR脱硝系统投运时, 一般投运一层或两层喷枪即可, 其余停运喷枪由控制系统退出炉膛, 以避免喷枪受热损坏。

2) 炉前喷射设备。喷枪(含喷嘴) 采用不锈钢制造, 包括喷枪本体、喷嘴座、雾化头、喷嘴罩等四部分。喷枪本体上的尿素溶液进口和雾化蒸汽进口为螺纹连接, 通过两根金属软管分别与尿素溶液管路、蒸汽管路连接。软管后面的尿素溶液管路、蒸汽管路上就近各布置一个球阀。每只喷枪都配有电动推进器, 实现自动推进和推出喷枪的动作。推进器的位置信号接到SNCR脱硝控制系统上, 与开(停)雾化蒸汽和开(停)尿素溶液的阀门动作联锁, 实现整个 SNCR 脱硝系统喷枪自动运行。

3)严格执行相关工艺指标和安全生产管理规定，密切注视烟囱的变化。

SNCR 脱硝系统投运后，放空烟气中NOx质量浓度实测值为197 mg/m3，取得了较好的环保效果。

5 结语

锅炉烟气脱硝装置采用的稀氨水脱硝技术主要有以下优势：

1)利用稀氨水在高温下与NOx发生反应而达到脱硝的目的。

2)分公司自产有稀氨水。该技术运行成本低和适用范围广，是一项具有应用前景的脱硝技术。

3)该技术只需建立NH3发生装置和计量喷射系统，对锅炉的运行影响很小。

4)该技术适用于燃煤锅炉，能解决脱硝难度大、投资成本高、运行费用高等一系列问题。

[1] 顾卫荣，周明吉，马薇. 燃煤烟气脱硝技术的研究进展[J].化工进展，2012，31(9): 2084-2086.

[2] 李强，陈伟. 中小型燃煤锅炉脱硝方式探讨[J].发电设备，2012,26(3): 210-212.

[3] 范文武，陈红. 电站锅炉烟气脱硝技术探讨与比较[J].云南电力技术，2009,37(3): 40-41.

[4] 陈彬，姚丽萍，胡深. 燃煤锅炉降氮脱硝技术综述[J].广东化工，2012,39(3): 101-102.

2017-02-03。

张应虎，男，云南云天化股份有限公司研发中心副总经理、高级工程师，从事硫酸、磷肥及磷复肥技术研究和管理工作。电话：13708485808；E-mail：zhangyinghu@ic.yth.cn。

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1002-1507(2017)05-0034-02