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[摘 要]分析SNCR脱硝技术的工艺原理和特点，探讨在循环流化床锅炉中采用SNCR技术的可行性，峰峰集团薛村电厂SNCR脱硝满足火电行业NOx排放新标准，可以在同类电厂推广使用。
[关键词]循环流化床锅炉；SNCR脱硝技术；应用
中图分类号：X701 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）38-0027-01
NOx是一种主要的大气污染物质，目前国内70%左右的NOx是由煤燃烧所产生的，因此燃煤电厂成为今后控制NOx排放所关注的焦点。SNCR脱硝技术是当前世界上一种成熟的氮氧化物控制技术，目前在火力发电行业中，SNCR 是被广泛应用的烟气脱硝工艺，应用在循环流化床锅炉时，其脱硝效率可达 60%以上，是目前旧机组锅炉特别是循环流化床锅炉脱硝技术改造时主要采用的脱硝技术。
1、SNCR脱硝工艺原理及特点
1.1 SNCR脱硝工艺原理
SNCR脱硝技术是指在没有催化剂的作用下，向温度区域为 850～1100 ℃的炉膛中喷入氨基还原剂，还原剂迅速热解成 NH3 与烟气中 NOx 反应生成 N2，炉膛中会有一定量氧气存在，喷入的还原剂会选择性地与 NOx 反应，而不被 O2 所氧化。还原剂一般采用氨、氨水或尿素。
1.2 SNCR脱硝技术特点
SNCR 脱硝工艺技术系统简单、占地面积少、技术成熟、一次性投资少、运行费用低、操作方便、还原剂选择范围较广、不需要任何催化剂、无 SO2/SO3 转化率问题、不增加烟气阻力、无二次污染、施工周期短、脱硝设备故障或检修时，锅炉和发电机组完全可以正常运行，对锅炉机组的运行影响甚小，适用于电厂老机组改造，是一种经济实用的脱硝技术。
2、循环流化床锅炉选择SNCR脱硝技术的可行性
随着环保要求的不断提高循环流化床锅炉采用SNCR技术基本可以满足当今严格的NOx排放标准的要求，SNCR技术最大NOx脱除率可达70%-80%。从满足环保排放标准及投资角度考虑，SNCR作为一种经济实用的脱硝技术得到了广泛的推广和应用。
循环流化床锅炉具有一个非常有效的还原剂喷入点和混合反应器-旋风分离器。分离器内的烟气扰动强烈，十分利于实现喷入的还原剂和烟气之间迅速而均匀地混合，分离器内气体流动路径较长，还原剂在反应区获得较长停留時间；SNCR反应温度窗口和炉膛烟气出口温度的范围比较吻合，不会出现NH3氧化反应问题。这些优点使循环流化床锅炉的SNCR系统可以取得50%—70%的实际脱硝效率，根据燃料不同，循环流化床锅炉采用SNCR技术，一般NOX排放控制在50-150ppm。
3、SNCR脱硝技术在峰峰集团薛村电厂的应用
峰峰集团薛村电厂位于邯郸市峰峰矿区，现有3台130t/h 次高温次高压循环流化床锅炉。目前薛村电厂有2台循环流化床锅炉均采用脱硫除尘一体化技术，SNCR烟气脱硝设施。
3.1 还原剂的选择
尿素是一般化学药品，不易燃烧和爆炸；尿素运输、储存、使用的安全性、场地布置优势明显；由于尿素挥发性小，具有更好的炉内分布性能，因此在炉膛烟气中的穿透性好，有利于与烟气混合，尿素做还原剂的脱硝效率高且运行稳定，目前在循环流化床锅炉的脱硝工程中已有很多成功的应用业绩。
根据薛村电厂的锅炉特性，选用尿素作为 SNCR 的还原剂更适合薛村电厂的现有场地条件和满足锅炉脱硝效率的实际情况，因此，选择尿素作为 SNCR 脱硝技术的还原剂。
3.2 工艺流程简述
将满足要求的袋装尿素固体颗粒落入带有蒸汽加热装置和搅拌装置的溶解罐中，经工艺水溶解，被配置成 50%的尿素溶液，经过过滤由输送泵送入尿素溶液储存罐中储存，储存罐中的尿素溶液通过供料泵输出后，在静态混合器中和工艺水进行在线稀释，稀释后的尿素溶液的浓度为10%，再经输送管道送到炉前喷射系统，稀释后的尿素溶液经布置在锅炉本体的喷枪雾化后喷入炉膛 850～900℃的温度区域。
3.3 工艺系统组成
整套尿素-SNCR 脱硝装置由尿素站、尿素溶液配制及储存系统、在线稀释系统、喷射系统和自动控制系统组成，其中：
1）尿素站（干尿素储存间、建筑物）、尿素溶液配制及储存系统、自动控制系统为公用系统；
2）在线稀释系统中的稀释水箱、稀释水泵及稀释水循环模块、喷射系统中的供料泵及尿素溶液循环模块为公用系统；
3）在线稀释系统中的稀释水计量模块根据锅炉的台数一对一设置；喷射系统中的分配计量模块根据每台炉喷枪数量（分组/分层）的需要设置。
3.4 SNCR性能影响因素及保证措施
3.4.1 SNCR性能影响因素
影响SNCR系统性能设计和运行的主要因素是： （1） 反应温度范围；（2） 最佳温度区的滞留时间；（3）喷入的反应剂与NOx的摩尔比。
1）反应温度范围
SNCR技术对反应温度有严格的要求，用尿素作为SNCR系统还原剂的最佳的反应温度区域为850℃～1100℃， 此温度范围称为“温度窗口”，温度过高或过低，都会导致脱硝效率下降。
2）最佳温度区的滞留时间
滞留时间是指反应剂在化学反应区，即炉膛上部和对流区存在的总时间。在反应剂离开锅炉前，SNCR系统必须完成所有如下过程： 喷入的尿素与烟气的混合、水的蒸发、尿素分解成NH3及NOx的还原反应。
实验表明滞留时间从 0.1S延长至 0.5S 时，NOx 还原率可从 73%提高到 93%。薛村电厂1#炉膛烟速为2.9m/s，两个喷枪高度相距0.8m。所以滞留时间能达到0.8/2.9=0.3s。
3） 喷入的反应剂与NOx的摩尔比
根据NOx和尿素的反应式，理论上用1个摩尔的尿素或2个摩尔的氨可去除2个摩尔的NOx（NH3/NOx 摩尔比）。而实际上喷入锅炉烟气中的反应剂要比此值高，这是因为NOx和喷入反应剂的化学反应温度和滞留时间，以及反应剂与烟气的混合程度等因素有关。NH3/NOx 摩尔比一般控制在1.0～1.25之间，最大不超过1.5。NH3/NOx 摩尔比增大虽然有利于NOx的还原，但是NH3泄漏量会随之增加。当摩尔比在小于1.5时，NOx的脱除效率会随着NH3/NOx摩尔比的增加而显著增加，同时有效温度区范围扩大，但是当NH3/NOx摩尔比大于1.5后，随着NH3/NOx摩尔比的增加，NOx的脱除效率增加并不明显，却会造成氨逃逸量的增加。
3.4.2 保证装置性能的措施
基于以上影响 SNCR 系统性能因素的考虑，薛村电厂选择最佳的温度窗口、保证喷进炉膛的尿素溶液能和烟气进行充分混合、反应，提高还原剂对 NOx 的还原效率，降低氨的泄漏量，氨逃逸量小于10pmm。
3.5 SNCR脱硝技术在薛村矸石热电厂的应用结果
1）尿素消耗量在0.3t/h时NOx排放浓度1#炉平均为80 mg/m3，2#炉平均为83 mg/m3，3#炉平均为78 mg/m3。
2）尿素消耗量在0.24t/h时NOx排放浓度1#炉平均为91 mg/m3，2#炉平均为93 mg/m3，3#炉平均为88mg/m3。
3）尿素消耗量在0.2t/h时NOx排放浓度1#炉平均为97 mg/m3，2#炉平均为98 mg/m3，3#炉平均为92 mg/m3。
NOx年减排量：
330000m3/h×（240-95）mg/m3×24h×30d×12个月/106=413424kg
4结语
随着环境治理压力的增加以及各国环保法规要求的日益严格，我国氮氧化物的排放控制也会越来越严格。薛村矸石热电厂SNCR脱硝试运行至今氮氧化物排放浓度达到95mg/m3以下，满足火电行业NOx排放新标准，达到预期效果。操作简单、可以在同类电厂推广使用。
[关键词]循环流化床锅炉；SNCR脱硝技术；应用
中图分类号：X701 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）38-0027-01
NOx是一种主要的大气污染物质，目前国内70%左右的NOx是由煤燃烧所产生的，因此燃煤电厂成为今后控制NOx排放所关注的焦点。SNCR脱硝技术是当前世界上一种成熟的氮氧化物控制技术，目前在火力发电行业中，SNCR 是被广泛应用的烟气脱硝工艺，应用在循环流化床锅炉时，其脱硝效率可达 60%以上，是目前旧机组锅炉特别是循环流化床锅炉脱硝技术改造时主要采用的脱硝技术。
1、SNCR脱硝工艺原理及特点
1.1 SNCR脱硝工艺原理
SNCR脱硝技术是指在没有催化剂的作用下，向温度区域为 850～1100 ℃的炉膛中喷入氨基还原剂，还原剂迅速热解成 NH3 与烟气中 NOx 反应生成 N2，炉膛中会有一定量氧气存在，喷入的还原剂会选择性地与 NOx 反应，而不被 O2 所氧化。还原剂一般采用氨、氨水或尿素。
1.2 SNCR脱硝技术特点
SNCR 脱硝工艺技术系统简单、占地面积少、技术成熟、一次性投资少、运行费用低、操作方便、还原剂选择范围较广、不需要任何催化剂、无 SO2/SO3 转化率问题、不增加烟气阻力、无二次污染、施工周期短、脱硝设备故障或检修时，锅炉和发电机组完全可以正常运行，对锅炉机组的运行影响甚小，适用于电厂老机组改造，是一种经济实用的脱硝技术。
2、循环流化床锅炉选择SNCR脱硝技术的可行性
随着环保要求的不断提高循环流化床锅炉采用SNCR技术基本可以满足当今严格的NOx排放标准的要求，SNCR技术最大NOx脱除率可达70%-80%。从满足环保排放标准及投资角度考虑，SNCR作为一种经济实用的脱硝技术得到了广泛的推广和应用。
循环流化床锅炉具有一个非常有效的还原剂喷入点和混合反应器-旋风分离器。分离器内的烟气扰动强烈，十分利于实现喷入的还原剂和烟气之间迅速而均匀地混合，分离器内气体流动路径较长，还原剂在反应区获得较长停留時间；SNCR反应温度窗口和炉膛烟气出口温度的范围比较吻合，不会出现NH3氧化反应问题。这些优点使循环流化床锅炉的SNCR系统可以取得50%—70%的实际脱硝效率，根据燃料不同，循环流化床锅炉采用SNCR技术，一般NOX排放控制在50-150ppm。
3、SNCR脱硝技术在峰峰集团薛村电厂的应用
峰峰集团薛村电厂位于邯郸市峰峰矿区，现有3台130t/h 次高温次高压循环流化床锅炉。目前薛村电厂有2台循环流化床锅炉均采用脱硫除尘一体化技术，SNCR烟气脱硝设施。
3.1 还原剂的选择
尿素是一般化学药品，不易燃烧和爆炸；尿素运输、储存、使用的安全性、场地布置优势明显；由于尿素挥发性小，具有更好的炉内分布性能，因此在炉膛烟气中的穿透性好，有利于与烟气混合，尿素做还原剂的脱硝效率高且运行稳定，目前在循环流化床锅炉的脱硝工程中已有很多成功的应用业绩。
根据薛村电厂的锅炉特性，选用尿素作为 SNCR 的还原剂更适合薛村电厂的现有场地条件和满足锅炉脱硝效率的实际情况，因此，选择尿素作为 SNCR 脱硝技术的还原剂。
3.2 工艺流程简述
将满足要求的袋装尿素固体颗粒落入带有蒸汽加热装置和搅拌装置的溶解罐中，经工艺水溶解，被配置成 50%的尿素溶液，经过过滤由输送泵送入尿素溶液储存罐中储存，储存罐中的尿素溶液通过供料泵输出后，在静态混合器中和工艺水进行在线稀释，稀释后的尿素溶液的浓度为10%，再经输送管道送到炉前喷射系统，稀释后的尿素溶液经布置在锅炉本体的喷枪雾化后喷入炉膛 850～900℃的温度区域。
3.3 工艺系统组成
整套尿素-SNCR 脱硝装置由尿素站、尿素溶液配制及储存系统、在线稀释系统、喷射系统和自动控制系统组成，其中：
1）尿素站（干尿素储存间、建筑物）、尿素溶液配制及储存系统、自动控制系统为公用系统；
2）在线稀释系统中的稀释水箱、稀释水泵及稀释水循环模块、喷射系统中的供料泵及尿素溶液循环模块为公用系统；
3）在线稀释系统中的稀释水计量模块根据锅炉的台数一对一设置；喷射系统中的分配计量模块根据每台炉喷枪数量（分组/分层）的需要设置。
3.4 SNCR性能影响因素及保证措施
3.4.1 SNCR性能影响因素
影响SNCR系统性能设计和运行的主要因素是： （1） 反应温度范围；（2） 最佳温度区的滞留时间；（3）喷入的反应剂与NOx的摩尔比。
1）反应温度范围
SNCR技术对反应温度有严格的要求，用尿素作为SNCR系统还原剂的最佳的反应温度区域为850℃～1100℃， 此温度范围称为“温度窗口”，温度过高或过低，都会导致脱硝效率下降。
2）最佳温度区的滞留时间
滞留时间是指反应剂在化学反应区，即炉膛上部和对流区存在的总时间。在反应剂离开锅炉前，SNCR系统必须完成所有如下过程： 喷入的尿素与烟气的混合、水的蒸发、尿素分解成NH3及NOx的还原反应。
实验表明滞留时间从 0.1S延长至 0.5S 时，NOx 还原率可从 73%提高到 93%。薛村电厂1#炉膛烟速为2.9m/s，两个喷枪高度相距0.8m。所以滞留时间能达到0.8/2.9=0.3s。
3） 喷入的反应剂与NOx的摩尔比
根据NOx和尿素的反应式，理论上用1个摩尔的尿素或2个摩尔的氨可去除2个摩尔的NOx（NH3/NOx 摩尔比）。而实际上喷入锅炉烟气中的反应剂要比此值高，这是因为NOx和喷入反应剂的化学反应温度和滞留时间，以及反应剂与烟气的混合程度等因素有关。NH3/NOx 摩尔比一般控制在1.0～1.25之间，最大不超过1.5。NH3/NOx 摩尔比增大虽然有利于NOx的还原，但是NH3泄漏量会随之增加。当摩尔比在小于1.5时，NOx的脱除效率会随着NH3/NOx摩尔比的增加而显著增加，同时有效温度区范围扩大，但是当NH3/NOx摩尔比大于1.5后，随着NH3/NOx摩尔比的增加，NOx的脱除效率增加并不明显，却会造成氨逃逸量的增加。
3.4.2 保证装置性能的措施
基于以上影响 SNCR 系统性能因素的考虑，薛村电厂选择最佳的温度窗口、保证喷进炉膛的尿素溶液能和烟气进行充分混合、反应，提高还原剂对 NOx 的还原效率，降低氨的泄漏量，氨逃逸量小于10pmm。
3.5 SNCR脱硝技术在薛村矸石热电厂的应用结果
1）尿素消耗量在0.3t/h时NOx排放浓度1#炉平均为80 mg/m3，2#炉平均为83 mg/m3，3#炉平均为78 mg/m3。
2）尿素消耗量在0.24t/h时NOx排放浓度1#炉平均为91 mg/m3，2#炉平均为93 mg/m3，3#炉平均为88mg/m3。
3）尿素消耗量在0.2t/h时NOx排放浓度1#炉平均为97 mg/m3，2#炉平均为98 mg/m3，3#炉平均为92 mg/m3。
NOx年减排量：
330000m3/h×（240-95）mg/m3×24h×30d×12个月/106=413424kg
4结语
随着环境治理压力的增加以及各国环保法规要求的日益严格，我国氮氧化物的排放控制也会越来越严格。薛村矸石热电厂SNCR脱硝试运行至今氮氧化物排放浓度达到95mg/m3以下，满足火电行业NOx排放新标准，达到预期效果。操作简单、可以在同类电厂推广使用。