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摘要广东某钢铁公司热电厂有1台蒸发量为85t/h的锅炉，为降低该钢铁公司热电厂氮氧化物排放，对该公司的锅炉加装SNCR-SCR脱硝系统，烟气经该系统处理后氮氧化物稳定达标排放。
关键词氮氧化物SNCR-SCR脱硝系统
SummaryA steel company in Guangdong, has a thermal power plant 85t / h boiler evaporation, In order to reduce the emission of nitrogen oxides, the company decided to install the boiler SNCR-SCR denitrification system. The nitrogen oxide discharges stably after the flue gas treated by the system.
KeywordNOXSNCR-SCR denitrification system
中图分类号：TK223.6文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013）
1、项目概况
广东某钢铁公司热电厂有1台蒸发量为85t/h的锅炉，烟气处理配套建有半干法循环流化床脱硫和布袋除尘设施，烟尘排放浓度小于0mg/Nm3，二氧化硫排放浓度小于550mg/Nm3，氮氧化物排放浓度约700mg/Nm3。为降低该钢铁公司热电厂氮氧化物排放，需要对该公司的燃煤锅炉加装脱硝系统，以达到热电厂烟气氮氧化物排放浓度降至200mg/Nm3以下、降氮脱硝总效率不低于60%的目的。
该钢铁公司脱硝系统主要设计参数：
锅炉排放烟气量：230000Nm3/h
锅炉出口NOx排放浓度： ≤700mg/Nm3
脱硝效率： ≥60%
脱硝后NOx排度浓度： ≤200mg/Nm3
氨逃逸量： ﹤5ppm
2、工艺流程与工艺原理
本项目采用SNCR (选择性非催化还原)-SCR（选择性催化还原）工艺，工艺流程图如下所示：
SNCR-SCR脱硝工艺流程图
1、SNCR脱硝工艺原理
SNCR工艺是当烟气温度在850～1200 ℃时, 将氮还原剂(一般是氨或尿素) 喷入烟气中, 把 NOX还原, 生成氮气和水。SNCR是在高温的炉膛上部区域或对流烟道喷入氮还原剂。
以氨为还原剂的SNCR脱硝反应方程式如下：
4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O
4NH3+2NO+2O2→3N2+6H2O
8NH3+6NO→7N2+12H2O
以尿素为还原剂的SNCR脱硝反应方程式如下：
(NH4)2CO→2NH2 +CO
NH2+NO→2N2+H2O
CO+NO→N2+CO2
在尿素、氨还原NOX的同时，也会发生NH3分子与O2的反应
4NH3 +5O2→4NO+6H2O
4NH3 +3O2→2N+6H2O
2、SCR脱硝工艺原理
SCR的全称为选择性催化还原法，催化还原法是用氨或尿素之类的还原剂，在一定的温度下通过催化剂的作用，还原废气中的NOx，生成氮气和水。SCR是将氮还原剂喷入催化反应塔内，催化反应塔依烟气流向可分为喷氨段、混合段、均流段、反应段。
NOx与氨气的反应如下：
4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O
6NO+4NH3→5N2+6H2O
6NO2+8NH3→7NO2+12H2O
2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O
3、主要系统说明
3.1、氨蒸汽吸收与氨水储存系统说明
该钢铁公司有生产副产物氨蒸汽，为利用这些副产物，一部分氨蒸汽被喷入SCR中，剩余部分进入SNCR系统用作还原剂脱硝。由于氨气直接喷入锅炉炉膛内脱硝效果不好，氨气难以与烟气混合均匀，需要将氨气吸收成氨水，然后将氨水喷入炉膛中脱硝。采用氨蒸汽吸收器将氨气吸收成氨水，吸收器内氨气被除盐水吸收，制备成氨水。为了吸收制备氨水时产生的热量，需要冷却水来冷却吸收器内的热量。吸收器的氨蒸汽入口管道上安装有电动球阀和压力变送器，除盐水管道上装有调节阀及流量计。控制系统根据氨水罐内氨水浓度、氨蒸汽压力控制除盐水流量，使出口的氨水浓度保持稳定。
3.2、尿素溶液配制储存系统说明
袋装尿素储存于储仓，由电动输送方式倒入尿素溶液配制罐里，用除盐水将固态尿素溶解成40～50%质量浓度的尿素溶液，通过尿素溶液给料泵输送到尿素溶液储罐；尿素溶液经由供料泵、计量与分配装置后由喷射器喷入炉膛内。
3.3、在线稀释系统说明
尿素溶液罐与氨水罐出口均安装电动球阀与在线稀释系统相连。氨水与尿素溶液都可用为还原剂进行SNCR脱硝，为充分利用该公司生产副产物氨蒸汽，尽可能利用氨水作为还原剂。氨蒸汽吸收器连续生产氨水，但是由于氨蒸汽量有限，无法同时满足SCR、SNCR脱硝还原剂消耗要求。当氨水罐满了后，打开氨水罐出口阀，关闭尿素溶液罐出口阀，氨水通过在线稀释系统稀释后被喷射系统喷入炉膛中。当氨水罐中液位低于设定液位后，打开尿素溶液罐出口阀，关闭氨水罐出口阀，尿素溶液通过在线稀释系统稀释后被喷射系统喷入炉膛中。通过以上自动切换来保证充分利用氨蒸汽。尿素溶液或氨水通过供料泵准确计量后输送到喷射系统，供料泵采用电动调节形式的隔膜计量泵，系统可根据烟气出口中NOX、NH3浓度自动调节液体供应量。每台锅炉配置两台供料泵，一用一备。为保证尿素溶液(氨水)雾滴在炉膛内的覆盖范围及运行的稳定性，需要将尿素溶液(氨水)稀释后才能喷入炉膛中。系统配置有稀释水罐和水泵，稀释水罐内储存除盐水，罐内除盐水通过水泵加压后输送到混合器，尿素溶液(氨水)与稀释水在混合器内均匀混合成稀尿素溶液(稀氨水)。在混合器后安装有流量计，每台锅炉配置两台水泵，一用一备。水泵采用变频器驱动，通过控制水泵的频率控制混合器出口的流量。
3.4、喷射系统说明
从混合器来的稀尿素溶液（稀氨水）通过调节阀组，准确地将定量的尿素溶液（稀氨水）分配给各个喷嘴。喷嘴采用双流体喷嘴，尿素溶液(氨水)在压缩空气的作用下，被雾化成极小的雾滴。雾滴被喷入锅炉炉膛中，雾滴在炉膛内蒸发、分解成NH3，高温下NH3与烟气中NOX反应，生成N2与水，从而脱除烟气中的NOX。喷射系统根据锅炉出口的NOX、NH3浓度来控制喷氨量，在锅炉的两级省煤器之间安装NH3浓度在线检测仪，锅炉出口烟道上安装NOX检测仪。这两台分析仪的检测数据输送到PLC中，PLC根据NOX浓度调整喷氮量，使NOX排放浓度达到环保要求。为了防止锅炉出口烟气中NH3浓度过高，影响锅炉正常运行，当锅炉出口烟气NH3浓度过高时，PLC报警，提醒降低喷氨量。
本设计在锅炉中共布置8只喷嘴，喷嘴流量：100l/h，喷嘴形式：气助雾化双流体喷嘴，霧化介质：压缩空气。
3.5、SCR系统说明
该钢铁公司85t/h锅炉出口烟气温度大约180℃，比一般锅炉出口烟气温度120~150℃高，经过布袋除尘器后，烟气温度可达到130℃以上。这么高的烟气温度可以采用低温SCR脱硝。
3.5.1、SCR反应器本体
SCR反应器本体依烟气流向可分为喷氨段、混合段、均流段、反应段。
SCR反应器本体材质：碳钢；
SCR反应器本体外型尺寸：6000mm×6000mm×16000mm。
3.5.2、催化剂
为节省场地，SCR采用立式结构，在SCR本体内自上至下可布置三层催化剂，三层催化剂采用2+1配置方式，初期布置两层催化剂，预留增加一层催化剂位置，当两层催化剂经过长时间的运行，脱硝效率下降，无法达到排放要求，可在预留位置再安装一层催化剂。
3.5.3、氨供应喷射系统
该钢铁公司有生产副产物氨蒸汽提供，而SCR需要的氨气量很小，SCR反应器仅需要约20kg/h的氨气就可以满足脱硝要求。完全可以利用该钢铁公司的生产副产物氨蒸汽作为SCR的还原剂。
3.5.4、燃烧系统
低溫脱硝系统运行时，氨气易与烟气中SO3反应生成(NH4)2SO4和NH4HSO4而沉积在催化剂表面，堵塞催化剂。SCR脱硝的反应是NH3与NOX在催化剂表面发生的，需要保证催化剂有足够的有效表面积。当(NH4)2SO4和NH4HSO4沉淀到催化剂表面达到一定程度后，就必须清除这些反应物。SCR系统配置燃烧系统，燃烧系统由燃烧器、助燃风机、调温风机组成。燃烧系统产生450℃左右的高温气体，催化剂表面的(NH4)2SO4和NH4HSO4在高温下会逐渐分解，催化剂表面恢复正常。运行时可根据烟气在线监测仪监测NOX排放浓度及催化剂各层阻力来判断是否有必要用燃烧系统烘烤催化剂。
3.5.5、增加风机
SCR反应器内安装三层催化剂时运行阻力约1200Pa。由于原有锅炉的引风机已没有压头余量，所以必须为每台SCR配置一台增压风机。增压风机的风量余量为10%，压头余量为20%。增压风机采用离心风机。
4、结语
SNCR+SCR脱硝组合工艺结合了SNCR工艺投资省，SCR工艺高效的特点。SNCR和SCR都是在一定温度下，向烟气中加入氨或尿素溶液与烟气中的NOX发生还原反应，生产无害的氮气和水，不同之处是SCR有催化剂的参与，而催化剂的参与降低了反应温度，并提高了反应效率。
SNCR+SCR脱硝组合工艺具有两个反应区通过布置在锅炉炉墙上的喷射系统，首先将还原剂喷入第一反应区炉膛，在高温下还原与烟气中NOX发生非催化还原反应，实现初步脱氮。然后，未反应完全的还原剂进入组合工艺的第二反应区反应区，进一步脱氮。
该钢铁公司SNCR-SCR脱硝系统投入运行后，锅炉排放烟气中NOX能稳定达标排放。具体监测数据如下：
参考文献
蒋文举.烟气脱硫脱硝技术手册[M].北京：化学工业出版社，2012
刘天齐.三废处理工程技术手册废气卷[M].北京：化学工业出版社，1999
关键词氮氧化物SNCR-SCR脱硝系统
SummaryA steel company in Guangdong, has a thermal power plant 85t / h boiler evaporation, In order to reduce the emission of nitrogen oxides, the company decided to install the boiler SNCR-SCR denitrification system. The nitrogen oxide discharges stably after the flue gas treated by the system.
KeywordNOXSNCR-SCR denitrification system
中图分类号：TK223.6文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013）
1、项目概况
广东某钢铁公司热电厂有1台蒸发量为85t/h的锅炉，烟气处理配套建有半干法循环流化床脱硫和布袋除尘设施，烟尘排放浓度小于0mg/Nm3，二氧化硫排放浓度小于550mg/Nm3，氮氧化物排放浓度约700mg/Nm3。为降低该钢铁公司热电厂氮氧化物排放，需要对该公司的燃煤锅炉加装脱硝系统，以达到热电厂烟气氮氧化物排放浓度降至200mg/Nm3以下、降氮脱硝总效率不低于60%的目的。
该钢铁公司脱硝系统主要设计参数：
锅炉排放烟气量：230000Nm3/h
锅炉出口NOx排放浓度： ≤700mg/Nm3
脱硝效率： ≥60%
脱硝后NOx排度浓度： ≤200mg/Nm3
氨逃逸量： ﹤5ppm
2、工艺流程与工艺原理
本项目采用SNCR (选择性非催化还原)-SCR（选择性催化还原）工艺，工艺流程图如下所示：
SNCR-SCR脱硝工艺流程图
1、SNCR脱硝工艺原理
SNCR工艺是当烟气温度在850～1200 ℃时, 将氮还原剂(一般是氨或尿素) 喷入烟气中, 把 NOX还原, 生成氮气和水。SNCR是在高温的炉膛上部区域或对流烟道喷入氮还原剂。
以氨为还原剂的SNCR脱硝反应方程式如下：
4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O
4NH3+2NO+2O2→3N2+6H2O
8NH3+6NO→7N2+12H2O
以尿素为还原剂的SNCR脱硝反应方程式如下：
(NH4)2CO→2NH2 +CO
NH2+NO→2N2+H2O
CO+NO→N2+CO2
在尿素、氨还原NOX的同时，也会发生NH3分子与O2的反应
4NH3 +5O2→4NO+6H2O
4NH3 +3O2→2N+6H2O
2、SCR脱硝工艺原理
SCR的全称为选择性催化还原法，催化还原法是用氨或尿素之类的还原剂，在一定的温度下通过催化剂的作用，还原废气中的NOx，生成氮气和水。SCR是将氮还原剂喷入催化反应塔内，催化反应塔依烟气流向可分为喷氨段、混合段、均流段、反应段。
NOx与氨气的反应如下：
4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O
6NO+4NH3→5N2+6H2O
6NO2+8NH3→7NO2+12H2O
2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O
3、主要系统说明
3.1、氨蒸汽吸收与氨水储存系统说明
该钢铁公司有生产副产物氨蒸汽，为利用这些副产物，一部分氨蒸汽被喷入SCR中，剩余部分进入SNCR系统用作还原剂脱硝。由于氨气直接喷入锅炉炉膛内脱硝效果不好，氨气难以与烟气混合均匀，需要将氨气吸收成氨水，然后将氨水喷入炉膛中脱硝。采用氨蒸汽吸收器将氨气吸收成氨水，吸收器内氨气被除盐水吸收，制备成氨水。为了吸收制备氨水时产生的热量，需要冷却水来冷却吸收器内的热量。吸收器的氨蒸汽入口管道上安装有电动球阀和压力变送器，除盐水管道上装有调节阀及流量计。控制系统根据氨水罐内氨水浓度、氨蒸汽压力控制除盐水流量，使出口的氨水浓度保持稳定。
3.2、尿素溶液配制储存系统说明
袋装尿素储存于储仓，由电动输送方式倒入尿素溶液配制罐里，用除盐水将固态尿素溶解成40～50%质量浓度的尿素溶液，通过尿素溶液给料泵输送到尿素溶液储罐；尿素溶液经由供料泵、计量与分配装置后由喷射器喷入炉膛内。
3.3、在线稀释系统说明
尿素溶液罐与氨水罐出口均安装电动球阀与在线稀释系统相连。氨水与尿素溶液都可用为还原剂进行SNCR脱硝，为充分利用该公司生产副产物氨蒸汽，尽可能利用氨水作为还原剂。氨蒸汽吸收器连续生产氨水，但是由于氨蒸汽量有限，无法同时满足SCR、SNCR脱硝还原剂消耗要求。当氨水罐满了后，打开氨水罐出口阀，关闭尿素溶液罐出口阀，氨水通过在线稀释系统稀释后被喷射系统喷入炉膛中。当氨水罐中液位低于设定液位后，打开尿素溶液罐出口阀，关闭氨水罐出口阀，尿素溶液通过在线稀释系统稀释后被喷射系统喷入炉膛中。通过以上自动切换来保证充分利用氨蒸汽。尿素溶液或氨水通过供料泵准确计量后输送到喷射系统，供料泵采用电动调节形式的隔膜计量泵，系统可根据烟气出口中NOX、NH3浓度自动调节液体供应量。每台锅炉配置两台供料泵，一用一备。为保证尿素溶液(氨水)雾滴在炉膛内的覆盖范围及运行的稳定性，需要将尿素溶液(氨水)稀释后才能喷入炉膛中。系统配置有稀释水罐和水泵，稀释水罐内储存除盐水，罐内除盐水通过水泵加压后输送到混合器，尿素溶液(氨水)与稀释水在混合器内均匀混合成稀尿素溶液(稀氨水)。在混合器后安装有流量计，每台锅炉配置两台水泵，一用一备。水泵采用变频器驱动，通过控制水泵的频率控制混合器出口的流量。
3.4、喷射系统说明
从混合器来的稀尿素溶液（稀氨水）通过调节阀组，准确地将定量的尿素溶液（稀氨水）分配给各个喷嘴。喷嘴采用双流体喷嘴，尿素溶液(氨水)在压缩空气的作用下，被雾化成极小的雾滴。雾滴被喷入锅炉炉膛中，雾滴在炉膛内蒸发、分解成NH3，高温下NH3与烟气中NOX反应，生成N2与水，从而脱除烟气中的NOX。喷射系统根据锅炉出口的NOX、NH3浓度来控制喷氨量，在锅炉的两级省煤器之间安装NH3浓度在线检测仪，锅炉出口烟道上安装NOX检测仪。这两台分析仪的检测数据输送到PLC中，PLC根据NOX浓度调整喷氮量，使NOX排放浓度达到环保要求。为了防止锅炉出口烟气中NH3浓度过高，影响锅炉正常运行，当锅炉出口烟气NH3浓度过高时，PLC报警，提醒降低喷氨量。
本设计在锅炉中共布置8只喷嘴，喷嘴流量：100l/h，喷嘴形式：气助雾化双流体喷嘴，霧化介质：压缩空气。
3.5、SCR系统说明
该钢铁公司85t/h锅炉出口烟气温度大约180℃，比一般锅炉出口烟气温度120~150℃高，经过布袋除尘器后，烟气温度可达到130℃以上。这么高的烟气温度可以采用低温SCR脱硝。
3.5.1、SCR反应器本体
SCR反应器本体依烟气流向可分为喷氨段、混合段、均流段、反应段。
SCR反应器本体材质：碳钢；
SCR反应器本体外型尺寸：6000mm×6000mm×16000mm。
3.5.2、催化剂
为节省场地，SCR采用立式结构，在SCR本体内自上至下可布置三层催化剂，三层催化剂采用2+1配置方式，初期布置两层催化剂，预留增加一层催化剂位置，当两层催化剂经过长时间的运行，脱硝效率下降，无法达到排放要求，可在预留位置再安装一层催化剂。
3.5.3、氨供应喷射系统
该钢铁公司有生产副产物氨蒸汽提供，而SCR需要的氨气量很小，SCR反应器仅需要约20kg/h的氨气就可以满足脱硝要求。完全可以利用该钢铁公司的生产副产物氨蒸汽作为SCR的还原剂。
3.5.4、燃烧系统
低溫脱硝系统运行时，氨气易与烟气中SO3反应生成(NH4)2SO4和NH4HSO4而沉积在催化剂表面，堵塞催化剂。SCR脱硝的反应是NH3与NOX在催化剂表面发生的，需要保证催化剂有足够的有效表面积。当(NH4)2SO4和NH4HSO4沉淀到催化剂表面达到一定程度后，就必须清除这些反应物。SCR系统配置燃烧系统，燃烧系统由燃烧器、助燃风机、调温风机组成。燃烧系统产生450℃左右的高温气体，催化剂表面的(NH4)2SO4和NH4HSO4在高温下会逐渐分解，催化剂表面恢复正常。运行时可根据烟气在线监测仪监测NOX排放浓度及催化剂各层阻力来判断是否有必要用燃烧系统烘烤催化剂。
3.5.5、增加风机
SCR反应器内安装三层催化剂时运行阻力约1200Pa。由于原有锅炉的引风机已没有压头余量，所以必须为每台SCR配置一台增压风机。增压风机的风量余量为10%，压头余量为20%。增压风机采用离心风机。
4、结语
SNCR+SCR脱硝组合工艺结合了SNCR工艺投资省，SCR工艺高效的特点。SNCR和SCR都是在一定温度下，向烟气中加入氨或尿素溶液与烟气中的NOX发生还原反应，生产无害的氮气和水，不同之处是SCR有催化剂的参与，而催化剂的参与降低了反应温度，并提高了反应效率。
SNCR+SCR脱硝组合工艺具有两个反应区通过布置在锅炉炉墙上的喷射系统，首先将还原剂喷入第一反应区炉膛，在高温下还原与烟气中NOX发生非催化还原反应，实现初步脱氮。然后，未反应完全的还原剂进入组合工艺的第二反应区反应区，进一步脱氮。
该钢铁公司SNCR-SCR脱硝系统投入运行后，锅炉排放烟气中NOX能稳定达标排放。具体监测数据如下：
参考文献
蒋文举.烟气脱硫脱硝技术手册[M].北京：化学工业出版社，2012
刘天齐.三废处理工程技术手册废气卷[M].北京：化学工业出版社，1999