【技术】大型循环流化床锅炉SNCR脱硝提效分析

SNCR脱硝技术具有投资少、运行成本低、锅炉改运小等优势，在各类锅炉中得到应用。循环流化床锅炉的旋风分离器在烟气的滞留时间、还原剂混合等方面均优于其他炉型。本文以1150t/h超临界循环流化床锅炉为模型，探讨选择合适的还原剂，提高脱硝效率，使烟气中NOx排放达到国家新限值的要求。

1脱硝效率影响因素分析

还原剂种类、反应温度、反应时间、还原剂混合、氨氮比是影响循环流化床锅炉SNCR脱硝效率的重要因素。因此从这4个方面探讨对SNCR脱硝效率的影响。

SNCR脱硝系统的最佳反应条件是温度880～1100℃之间，反应时间大于0.4s。分离器区域烟气温度在850～950℃之间，区域内温度基本保持不变。经过实测和流场计算，烟气在分离器的平均滞留时间大于1s，超过最佳反应停留时间0.6s，具备充分反应的条件，因此循环流化床锅炉旋风分离器进口烟道是最合适的还原剂注射点。氨氮比与氨逃逸量是正比关系，即氨氮比增大时，脱硝效率提高，但氨逃逸量增大，并且脱硝效率的提高速率随氨氮比的增大而降低，因此提高氨氮比并不能从根本上解决SNCR脱硝效率偏低的问题。以下重点分析不同还原剂对脱硝效率及炉效的影响。

2SNCR脱硝还原剂分析

脱硝的还原剂均是含氮的物质，目前最为广泛的有液氨、氨水、尿素3种。

液氨，分子式NH3，易溶于水，爆炸极限为16%～25%，有毒，对人体有腐蚀性，应存储在专用库房，大量存放需要获得安监和消防部门许可。作为还原剂优点:以气体形式喷入，对炉后烟气流速和排烟温度影响最小，不会产生湿壁现象，对浇筑料无损伤;以液体的形式储存，占用体积小。缺点:有毒、可燃、可爆，存储和使用安全防护高，存储罐和输运管道需要特别处理。

氨水即氨的水溶液，分子式NH3˙H2O，容易挥发逸出，有一定的毒性。其腐蚀性较强，储运、使用时有一定的操作安全要求，工业用氨水通常为20%或25%浓度。作为还原剂优点:储存、输送和处理都比液氨简单;喷射刚性、穿透能力比氨气强。缺点:含有大量的稀释水，储运量和输送系统比氨系统庞大。氨水还原NO的化学原理与液氨相同。

尿素，分子式(NH4)2CO，吸湿性强，含氮量在46%以上，常压下熔点为132.6℃，超过熔点则分解。作为还原剂优点:无毒性，腐蚀性弱，储运方便，使用简单，不会燃烧和爆炸;溶液的挥发性比氨水小，穿透性好;合适温度范围是950～1150℃，适于煤粉锅炉脱硝系统使用。缺点:尿素水解的中间产物尿素—甲铵溶液具有很强的腐蚀性，对大多数金属有强烈腐蚀作用;脱硝反应温度窗口(脱硝适合的反应区温度)比氨水高50～100℃。

3还原剂对SNCR脱硝效率的影响

以氨为还原剂的反应表达式如下:

在有氧的条件下4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O4NH3+2NO2+O2→3N2+6H2O在无氧(或者缺氧)的条件下8NH3+6NO2→7N2+12H2O该反应没有产生副产物，对氧气量的需求较大，循环流化床锅炉出口的过量空气系数为1.2左右，可以满足该反应条件要求。以尿素为还原剂的反应如下:(NH4)2C0→2NH2+CONH2+NO→N2+H2OCO+NO→N2+CO2此反应存在CO和氨的排放控制问题。不同还原剂对应不同温度窗口，SNCR脱硝效率对反应温度非常敏感，当反应偏离温度窗口，反应速度慢，还原剂的逃逸量增加，降低脱硝效率。国外试验表明，温度区间位于800～950℃之间时，选用液氨或氨水脱硝效率要高于尿素;1000℃以上是尿素的温度窗口，此时尿素的脱硝效率高于氨，如图1所示。

图1不同温度下氨和尿素的脱硝效率

循环流化床锅炉旋风分离器进口烟道的烟气温度在800～950℃之间，氨(氨水)作为还原剂，理论脱硝效率可以达到85%。尿素溶液含水量大，通常经历液滴蒸发、破碎、高温热解生成氨气，完成还原反应过程，这些过程增加反应周期，缩短有效反应时间。氨水含水量也大，系统喷射的液滴经过蒸发释放氨和还原反应过程。氨系统直接向分离器喷射稀释后的氨气，气态的氨直接参加还原反应。

从反应过程看，流化床锅炉运行条件下，液氨系统有效反应时间最短，氨水系统次之，尿素系统最差。