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以尿素为还原剂的 SNCR 脱硝技术在电厂的应用胡浩毅(江苏利港电力有限公司 江苏 江阴 214444)摘要：本文介绍了以尿素作为还原剂的SNCR脱硝技术特点以及脱硝设备提出老厂SNCR脱硝改造需注意的问题， 为改造方案提供有意的借鉴关键字：环保；电厂；脱硝；SNCR ；尿素随着环保要求的日益提高，燃煤电厂烟气脱硝排放已提到各级部门的议事日程我们知道对于 SOx排放，大多数电厂采用湿法烟气脱硫装置进行控制对于NOx排放则可以根据NOx产生的过 程，采用燃烧优化调整与燃烧后处理技术相结合的方式SNCR是一种无需催化剂的脱硝方式，是 Selective Non-Catalytic Reduction的缩写，其直译为“选择性非催化还原反应”由于不需要催化剂， 为得到较强的化学反应活性，SNCR技术需在较高的炉膛温度(900-1150°C)下，用氨或尿素等氨 基还原剂来选择性地还原烟气中的NOx一般来说，大型锅炉由于受到炉膛尺寸的影响，还原剂在 炉膛内较难均匀混合，SNCR的脱硝效率将低于40%，而需要催化剂的SCR的脱硝效率可达到80% 以上由于SNCR脱硝技术投资成本较低、改造方便，适宜协同应用其他脱硝技术，因而在燃煤电 厂，尤其是老厂脱硝改造上还是取得了广泛的应用。

1 SNCR 脱硝的主要化学反应因为在锅炉燃烧的烟气中氮氧化物包含了 NO和NO2,而NO占到烟气中NOx的90%以上所 以脱硝过程以去除NO为主所以这里仅列出以尿素为还原剂与NO在SNCR下的反应过程其总 的化学反应方程式为：CO (NH2)2f2NH2+COnh2+no^n2+h2oCO+NOfN2+CO2总的反应式为 NO+CO (NH2)2+ - O2^2N2+CO2+2H2O (1.1)2从以上反应方程式可以看出，在适当的炉膛温度下NOx与还原剂(尿素)的反应，生成无害的 氮气和二氧化碳和水但在式1.2中可以看出，在温度过高的情况下尿素本身也会被氧化成NOx, 反而会增加NOx的排放4NH3+ 502 — 4N0+ 6H2O （1.2）所以在SNCR的技术中，温度是至关重要的参数SNCR的反应温度是如何选择？以下我们就 介绍几个与SNCR有关的性能参数2 SNCR的几个性能参数2.1温度窗口温度窗口就是脱硝反应的最佳炉膛温度区间若反应温度过低，还原剂与NOx没有足够的活化 能使脱硝反应快速进行，导致脱硝效率降低但温度过高，尿素本身也会被氧化成NOx，从而增加 NOx的排放、脱硝效率下降。

可以预见，脱硝效率与反应温度的关系曲线为一条开口向下的抛物线, 抛物线顶点左右两侧的区间即是温度窗口以尿素为还原剂的SNCR，温度窗口在900-1150°C机 组不同的负荷对应于锅炉的炉膛温度分布也不相同，所以用于向炉膛中喷入还原剂的喷射器也是分 若干层布置的，以适应不同锅炉负荷一般来说，SNCR温度窗口大体对应于锅炉燃烧器上部至折 焰角之间的区域2.2 NSR 和 ASRNSR和ASR均是评价脱硝运行成本中物料消耗的重要指标指标 NSR是NormalizedStoichiometric Ratio的缩写，意为理论氨氮当量比对于尿素为还原剂来说：还原剂折算成NH 2的摩尔数 （、=入口 NOx折算成NO2的摩尔数 （•、ASR是Actual Stoichiometric Ratio的缩写，为还原剂与氮的当量比(1.4)还原剂摩尔数ASR= 一入口 N Ox的摩尔数一般说来，典型的NSR在0.5-3之间由图1.1中可以看出，脱硝效率随着NSR值的增长而增长，当NSR超过2以后，脱硝效率就不会有明显的 增长需要澄清的是，无论NSR还是ASR都不能 与脱硫的钙硫比相提并论NSR公式中的分母是脱 硝装置入口的污染物含量，而钙硫比公式中的分母 是脱硫装置出口的污染物含量。

在脱硝中有一个与 钙硫比类似的参数，称为还原剂利用率还原剂利用率=脱硝效率/NSR （1.5）2.3停留时间在还原剂离开温度窗口前SNCR的整个反应过 程必须完成，这样才能达到理想的脱硝效果这些 过程包括：♦从喷射器中射出的尿素溶液与烟气混合♦尿素溶液中水的蒸发♦尿素中分解出NH3♦ NH3再分解为NH2以及自由基♦ NOx与NH2的反应所以说，延长还原剂在温度窗口下的停留时间脱硝反应就会更加充分若想获得理想的脱硝效 率，还原剂的停留时间至少需要0.5秒该参数与锅炉结构有较大的关系2.4氨逃逸率由于SNCR工艺中没有催化剂，不会增加烟气中SO3的浓度，在相同的逃逸氨浓度时,SNCR工 艺对由于烟气中NH3遇到SO3会产生NH4HSO4而造成的在锅炉尾部的受热面上的飞灰沉积、空气 预热器堵塞、腐蚀的危险性最小一般SNCR工艺的逃逸氨一般控制在5~10 pmm有资料显示当 飞灰中NH3含量超过5ppm （质量比）就会闻到氨气的味道，从而影响飞灰的综合利用3利港电厂SNCR脱硝装置简介利港电厂三期2台600MW燃煤发电机组于2006年12月同时投产该机组锅炉采用Alstom技 术设计，由上海锅炉厂生产。

锅炉采用炉膛分级燃烧以及燃尽风的低NOx切圆燃烧技术，此外还配 备了以尿素作为还原剂的SNCR脱硝装置由于锅炉本身设有低NOx燃烧器，NOx的排放浓度已 低于现行环保排放标准，所以利港电厂要求SNCR的脱硝效率仅在25%以上实际证明，低NOx 燃烧器与SNCR技术相结合产生了良好的脱硝效果为便于现场设备的安装，制造商采用模块化的 供货方式每个模块在脱硝流程中都具备一定的功能具体如下：3.1循环模块循环模块的作用将储存罐中50%浓度的尿素溶液输送至锅炉上部平台的分配模块并在尿素溶液 储罐和计量模块之间循环，以保证反应剂的持续供应并保持尿素溶液温度一定的温度H^l礼250*应胡笊图1.2 SNCR脱硝系统示意图3.2墙式喷射器与多喷嘴喷射器由于尿素溶液存在一定的腐蚀性，尿素溶液喷入炉膛的喷射器全部用316L不锈钢制造墙式 喷射器分布在锅炉前墙、燃烧器的上方，其外形类似于锅炉短式吹灰器，多个喷射器成为组可以 想象，仅凭前墙墙式喷射器无法使还原剂在炉膛内均匀混合这样就不能得到高的脱硝效率所以 必须增加多喷嘴喷射器多喷嘴喷射器分布在锅炉两侧墙，其外形类似于锅炉伸缩式吹灰器为保 证还原剂在整个锅炉宽度方向对NOx进行有效拦截，多喷嘴喷射器设若干对喷嘴，喷嘴数量视炉膛 内管屏间距而定。

通过雾化空气，形成雾化颗粒状的尿素被送入锅炉烟气中由于多喷嘴喷射器在 炉膛中的工作温度较高，所以在喷射器内部通有除盐水作为多喷嘴喷射器冷却水多喷嘴枪喷射器 配带减速箱的电动伸缩机构当喷射器不使用、喷射器套管冷却水流量不足、冷却水温度高或雾化 空气流量不足时，多喷嘴枪喷射器会自动从锅炉中退出3.3 计量站模块喷射区计量模块是脱硝控制的核心装置，用于精确计量和独立控制到锅炉或焚化炉内每个喷射 区的尿素溶液浓度该模块采用独立的化学剂流量控制，通过区域压力控制阀与就地PLC控制器的 结合并响应来自于机组燃烧控制系统、NOx和氧监视器的控制信号，自动调节反应剂流量，对NOx 浓度、锅炉负荷、燃料或燃烧方式的变化做出响应，打开或关闭喷射区或控制其质量流量3.4 分配模块分配模块用来控制到每个喷枪的雾化/冷却空气、混合的化学剂和冷却水的流量空气、混合的 化学剂可以在该模块上调节，达到适当的空气/液体质量比率，取得最佳的NOx还原效果4 选择 SNCR 工艺需注意的问题♦ 目前国内没有现成的50%尿素溶液采购，所以电厂需从化肥厂买来袋装尿素自行配制成尿 素溶液由于尿素在溶解过程是吸热反应，其溶解热高达-57.8Cal/g （负号代表吸热）。

也就是说， 当一克尿素溶解于一克水中，仅尿素溶解，水温就会下降57.8°C而50%的尿素溶液的结晶温度是 16.7 r所以，在尿素溶液配制过程中需配置功率强大的热源，以防尿素溶解后的再结晶在北方 寒冷地区的气象条件下，该问题将会暴露的更明显♦ 在整个脱硝工艺中，尿素溶液总是处于被加热状态若尿素的溶解水和稀释水（一般为工 业水）的硬度过高，在加热过程中水中的钙、镁离子析出会造成脱硝系统的管路结垢、堵塞否则 必须在尿素中添加阻垢剂或采用除盐水作为脱硝工艺水♦ 由于多喷嘴喷射器工作在炉膛内部高温区，为防止喷射器冷却水管路内部结垢需采用除 盐水作为多喷嘴喷射器冷却水一般来说，除盐水来自凝汽器凝水泵送并经减压后进入多喷嘴喷 射器，与多喷嘴喷射器换热、减压后再返回凝汽器单个多喷嘴喷射器所需冷却水在10-15吨之间 所以，在老机组改造中必须考虑是否有除盐水的富裕量♦ 在 SNCR 脱硝工艺中，厂用气的耗量也是较大的喷射雾化需要厂用气，设备的冷却需要 厂用气，管路吹扫也需要厂用气有资料表明，2 X600MW机组脱硝平均需消耗50Nm3/min在老 机组改造中也需要考虑厂用气的富裕量♦ 电厂对粉煤灰有较好的综合利用能力或燃煤的硫份较高时，则SNCR工艺的氨逃逸率不宜 超过 10ppm。

5 总结和建议SNCR 脱硝技术占地面积小、对锅炉改造的工作量少、施工安装周期短、节省投资，较适合于 老厂改造尿素颗粒或尿素溶液在运输和储存的安全性远远高于液氨，以尿素作为还原剂的SNCR技术对 于场地受限的电厂的脱硝改造将有一定优势由于SNCR脱硝效率较低，SNCR可以协同低NOx燃烧器改造或简易SCR等其他脱硝方式， 在优化投资成本的前提下以期获得满意的脱硝效率建议在脱硝改造前的项目可行性研究中，应对电厂的工业水源、电源、汽源、气源、除盐水量 及其输送能力的备用情况进行详细的调查，从而找到适合本厂的最优SNCR脱硝方案参考文献：[1] 钟秦， 《燃煤烟气脱硫脱硝技术及工程实例》，化学工业出版社，2002年4月[2] Daniel C. Mussatti，EPA AIR POLLUTION CONTROL COST MANUAL Sixth Edition，United StatesEnvironmental Protection Agency，January 2002[3] Terra Industries Inc. Urea & Urea Solution;Storage,Handling and Dilution。