浅谈关于SNCR尿素法脱硝系统在层燃炉上的应用技术
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【摘 要】随着国家环保要求的日益提高，供热企业烟气脱硝排放已提到各级部门的议事日程。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℃）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SNCR 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，因而在供热企业，尤其是老厂脱硝改造上还是取得了广泛的应用。
【关键词】SNCR ;烟气脱硝技术;原理;应用
一、SNCR脱硝技术方案
1.SNCR烟气脱硝技术原理
SNCR是用尿素内还原剂喷入炉内与NOx进行选择性反应，不用催化剂。还原剂喷入炉膛温度为800～1250℃的区域，该还原剂（尿素）迅速热分解成NH3并与烟气中的NOx进行SNCR反应生成N2，该方法是以炉膛为反应器。
从SNCR系统逃逸的氨可能来自两种情况，一是由于喷入点烟气温度低影响了氨与NOx的反应;另一种可能是喷入的还原剂过量或还原剂分布不均匀。
SNCR系统烟气脱硝过程是由下面四个基本过程完成：（1）接收、储存、制备还原剂;（2）还原剂的计量输出、与水混合稀释;（3）在锅炉合适位置注入稀释后的还原剂;（4）还原剂与烟气混合进行脱硝反应。
2.SNCR脱硝技术的特点
可使用尿素作为还原剂，安全可靠;不使用催化剂，利用锅炉炉膛作为反应器，反应温度800～1250℃;由于不使用催化剂，不产生SO2/SO3的氧化，导致空预器堵塞或腐蚀的机会很小;NH3 逃逸10～15ppm;不产生新的烟风系统压力损失;燃料可以随意变化，不会影响脱硝效率;
3.SNCR法NOx控制机理
在高温没有催化剂的条件下，氨基还原剂（如尿素、氨气、氨水）喷入炉膛，热解生成NH3与其它副产物，在800～1250℃温度窗口，NH3与烟气中的NOx进行选择性非催化还原反应，将NOx还原成N2与H2O。
SNCR脱硝反应受温度条件、停留时间、NH3/NO摩尔比（NSR）、混合程度等因素的影响。
4.反应温度的影响
NH3与NOx反应过程受温度的影响较大：反应温度超过1000℃时，NH3被氧化成NOx，氧化反应起主导;反应温度低于1000℃时，NH3与NOx的还原反应为主，但反应速率降低，易造成未反应的NH3逃逸过高。选择性非催化还原烟气脱硝过程是上述两类反应相互竞争、共同作用的结果，如何选取合适的温度条件是该技术成功应用的关键。
为适应锅炉负荷的变化，通常多层或每层的个别喷射器，高负荷时投运上层喷射器，低负荷时投运下层喷射器。
二、SNCR脱硝系统的常见问题
1.氨在锅炉空间中的分布不均
锅炉是一个相对有限的密闭空间，这就会产生氨分布不均的問题。每支喷射器均有一手动尿素溶液流量控制阀， 层喷射器只有1个可远控的尿素溶液流量调节总阀。在SNCR装置调试阶段， 各尿素溶液喷射器的流量阀门开度均被设定好， 在投运期间不再变动，而只调节各层的尿素溶液总流量。当实际运行工况与调试工况存在差异时，这种相对固定的尿素溶液喷射器控制方式可能会造成SNCR装置区域内的尿素溶液与NOx反应程度不一致，并导致装置下游烟气中的氨逃逸浓度分布不均匀。
2.喷孔水冷壁腐蚀现象严重
SNCR 系统试运行约4个月后，出现SNCR喷口附近水冷壁的腐蚀问题，引起数次锅炉水冷壁的泄漏，被迫停炉。通过观察发现，数次腐蚀泄漏的水冷壁都呈现如下特征： 金属表面没有腐蚀产物，而是呈现或大或小的溃疡状态， 腐蚀管段出现不规则的坑和沟槽; 腐蚀多发生在尿素喷射器安装孔下方的水冷壁弯管位置。
在SNCR喷射系统中，喷射器采用炉侧厂用高压气体作为雾化介质，雾化气体压力为0. 6～ 0. 9 MPa，喷头采用螺纹连接。在试验中发现，喷射器靠近喷头附近有尿素液滴间断滴落。初步分析认为，尿素溶液液滴直接滴落到喷射器下方的水冷壁上并形成连续液膜，因炉内高温环境，液膜中水分蒸发尿素分解出的甲铵含量升高（ 甲铵溶液具有很强的腐蚀性） 并不断腐蚀水冷壁管以致泄漏。
3.喷射器的喷嘴部分容易结垢堵塞
SNCR 技术一般采用液体雾滴喷射的方式。因为这种方法工艺成熟，能够利用喷射溶液的液体雾滴大小调节液体雾滴的蒸发时间。若增加蒸发时间，则有利于尿素穿透炉膛，提高脱硝效率。由于尿素溶液稀释用水采用工业水，造成喷嘴结垢堵塞，使喷射器雾化效果不良。
三、分系统介绍
1. SNCR系统
以尿素为还原剂进行SNCR工程方案设计时，整个SNCR系统包括尿素溶液制备系统（公用）、尿素溶液存储系统（公用）、尿素溶液输送系统、除盐水系统、计量混合系统和分配喷射系统（每台锅炉一套）等。尿素溶液制备系统包括1个尿素溶解罐、2个尿素溶液转存泵（一用一备）、搅拌器和其电气/控制系统等;尿素溶液存储系统包括1个尿素溶液储罐和其电气/控制系统等;尿素溶液输送系统包括6台多级离心泵（3用3备）和其电气/控制系统等;除盐水系统包括1个除盐水储罐和4台离心泵（2用2备）;计量混合系统包括6台计量混合稀释模块;喷射系统包括6个分配模块和24个气动伸缩式喷枪（每个旋风分离器2个，每台锅炉4个，分2层安装）及电气/控制系统等。 2.工艺系统
工艺系统由尿素溶液配置、输送模块、计量混合模块、分配模块、喷枪及仪表系统等组成。
（1）尿素溶液配置及供应系统
采用人工进行尿素溶液配置。系统共设有1个溶解罐及1个尿素溶液储存罐。通过人工加尿素，在溶解罐内配置出40%的尿素溶液，经转存泵输送至尿素溶液储存罐存储，供应六台机组脱硝使用。尿素溶液及除盐水输送模块中的每台离心泵、电动调节阀及计量系统用于精确计量和独立控制到锅炉内每个喷射区的还原剂喷射量。该模块连接并响应来自机组燃烧控制系统、NOx和氧监视器的控制信号，根据这些信号，自动计算还原剂流量，发出信号改变电动调节阀的开度，改变还原剂的流量。对 NOx 水平、锅炉负荷、燃料或燃烧方式的变化做出响应，打开或关闭注入区或控制其质量流量。
（2）炉区工艺系统
喷射系统用来将10%左右浓度的尿素溶液注入锅炉的炉膛，这个系统由几个模块组成。这些模块的功能应能适应以尿素为还原剂SNCR工艺。这个系统布置于炉区，主要由下面的部件/模块组成：混合稀释模块、分配模块、喷射模块。
3.脱硝热工自动化系统
本工程煙气脱硝采用选择性非催化还原法（SNCR）脱硝技术，还原剂选用尿素溶液。脱硝热工自动化系统是脱硝系统的重要组成部分，是脱硝系统正常运行的基本条件。脱硝热工自动化系统主要包括以下几部分：就地仪表检测系统，脱硝PLC控制系统， 其他辅助系统。
脱硝工艺设备的布置分锅炉区域和公用区域。锅炉区域除布置尿素溶液的计量、分配、喷射等工艺设备及模块外，分配模块控制设备也布置在锅炉区域。机组脱硝SNCR区域和尿素制备系统（公用系统）采用PLC进行控制，在输煤控制室内布置操作员站和工程师站，通过操作员站对脱硝系统进行集中监控，控制范围包机组的烟气脱硝系统及脱硝公用系统（尿素溶解、尿素溶液储存、尿素溶液输送等），就地除主体设备成套带的控制盘外，不设其他就地控制手段。
结语
燃煤锅炉SNCR脱硝系统投运后， 烟气中的氨分布不均匀，且在负荷较高时尤为明显。如进一步提高氨分布的均匀性，对提高SNCR系统的脱硝效率会有更积极的意义。尿素溶液具有较强的腐蚀性，为防止喷射器泄漏的尿素溶液对水冷壁管的腐蚀，运行中应采取必要的措施，杜绝尿素喷射器漏液情况的发生。通过对稀释水品质、雾化蒸汽压力的控制，能够保证良好的喷射器雾化效果，提高SNCR 脱硝系统的可靠性。
参考文献
[1]韩应 等.SNCR烟气脱硝技术在330MW级CFB锅炉的应用[J].洁净煤技术， 2013，（06）.
[2]杨玉环 等.新型SNCR烟气脱硝工艺在300MW CFB锅炉的应用[J].电站系统工程，2015 （01）.
[3]徐克涛 等.CFB锅炉SNCR烟气脱硝系统运行分析及改进[J].华电技术， 2016，（07）.
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