25t/h燃气锅炉脱硝系统可行性分析①

刘君萍 闫驰承 何江华 吕颍楠 李晓燕 赵海鹏 李婉茹

(1.河南漯河生态环境监测中心 河南漯河 462000；2.漯河咏蓝环境科技有限公司 河南漯河 462000； 3.漯河兴茂钛业股份有限公司 河南漯河 462000；4.漯河兴茂钛业股份有限公司 河南漯河 462000)

1 锅炉废气污染源

漯河某公司现有一台25t/h燃气锅炉作为供热热源，锅炉正常烟气量(工况)为7910m3/h，锅炉出口烟气排放温度140℃，实测烟气中氮氧化物的浓度为183mg/Nm3，产生量0.910kg/h。

2 锅炉烟气脱硝措施

为减少污染源氮氧化物排放量，根据《河南省2020年大气污染防治攻坚战实施方案》文件要求[1]，全省4蒸吨及以上燃气锅炉需要完成低氮改造，且改造后氮氧化物的排放浓度不得高于50mg/m3。目前本公司25t/h燃气锅炉实际产生浓度不满足最新标准要求，需按要求采取脱硝措施，减少氮氧化物排放浓度和排放量，根据实际情况，为提高脱硝效率，且最大程度地减少锅炉烟气排放对环境空气的影响，设计采用SNCR选择性非催化还原法脱硝方式脱硝。

3 SNCR脱硝系统可行性分析

3.1 SNCR脱硝工艺反应原理

SNCR脱硝技术即选择性非催化还原技术，是一种不用催化剂，在炉膛温度850℃～1100℃这一狭窄的区间内,将含氨基的还原剂(如氨水，尿素溶液等)喷入炉内，将烟气中的NOx还原脱除，生成氮气和水的清洁脱硝技术[2]。SNCR烟气脱硝技术的脱硝效率一般为30%～60%。在温度850～1100℃区间内，NH3或尿素还原NOX的主要反应为：

（1）NH3为还原剂：4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O 4NH3+2NO2+02→-3N2+H20

（2）尿素为还原剂：CO(NH2)2+H2O→2NH3+CO2

生成的NH3再与NOX发生还原反应生产N2和H2O，因此喷尿素脱除NOX的总反应可写为：

4NO+2CO(NH2)2+O2→4N2+2CO2+4H2O

6CO(NH2)2+8NO2+02→10N2+60C02+12H20

当温度升高高于1100℃时, NH3则会与O2结合被氧化为NO和H2O：4NH3+5→4NO+6H2O

因此，SNCR反应最佳温度区间为850～1100℃。当反应温度高于1100℃时，氨会与氧气反生反应，氧化成NO，造成氮氧化物排放浓度增加，同样，如果反应温度过低时，还原反应会较慢进行，氨的逃逸显著增加，从而造成新的环境污染。

3.2 SNCR脱硝工艺

3.2.1 还原剂的选择

在SNCR脱硝工艺中，常用的还原剂有尿素和氨水。采用尿素作为还原剂价廉易得，便于储存，无任何风险；采用氨水作为还原剂，由于氨水是国家规定的二级危险品，对于氨水的储存和运输有着较严格的要求，所以本公司锅炉脱硝工艺采用尿素作为还原剂。

3.2.2 脱硝工艺

SNCR系统烟气脱硝过程通过四个基本过程完成：固态还原剂溶解和储存还原剂；还原剂的计量输出、与水混合稀释；在锅炉合适位置注入稀释后的还原剂；还原剂与烟气混合进行脱硝反应。因此，烟气脱硝工艺系统主要由尿素溶解与储存系统、在线稀释系统、喷射系统等组成。工艺流程示意图见图1。

3.2.3 工艺流程简介（1）尿素溶解与储存。

外购固态尿素合理加入到尿素溶解罐中，在罐中通过将尿素溶解为浓度为40%的溶液，再由泵输送至储罐内存储。

（2）稀释与分配。

尿素储罐中的尿素溶液由输送泵输送到静态混合器，与稀释水泵送来的除盐水混合均匀，尿素溶液被稀释至10%～20%浓度后送去喷枪喷雾。

（3）还原剂喷射。

稀释后的尿素溶液，通过管道输送到锅炉炉前尿素溶液喷射区，通过分配单元分配后，再输送到安装在旋风分离器进口上的喷枪，并与压缩空气在一起混合，将尿素溶液进行雾化后喷入炉膛内参与脱硝反应。

图1 烟气脱硝工艺（尿素）流程示意图

3.2.4 尿素的喷射及氨逃逸的控制

对尿素喷入量的调节最重要的是要保证NOx的脱除效率，在此基础上尽可能低的氨逸出量。目前国际上对SNCR系统一般采用的氨逃逸量的最高排放限值为5mg/m3[3]。

通过研究目前发现SNCR系统引起氨逃逸主要有2种原因,第一个原因是由于喷入点烟气温度低，从而影响了氨与NOx的反应;另一种原因可能是喷入的还原剂过量或还原剂分布不均匀。所以，还原剂喷入系统必须设计的高效，把还原剂喷入到炉内最有效的部位,同时由于炉膛对流断面上的NOx分布经常变化，假如不能均匀喷入或者喷入控制点太少,则会造成较高的氨逃逸量。如何使喷入的氨或尿素与烟气良好地混合对降低氨逸出量至关重要。

因此，在喷枪和混合器及混合器与输送泵之间设有电动调节阀及流量计，根据CEMS（烟气在线监测系统）反馈的NOx和NH3的含量，调节电动阀开度，以控制喷液量。在输送泵和调节阀之间设有回流管，回流管上设自力式调节阀，调节阀调节的目的是调节喷枪进口前的压力为需要的压力，以此调节进入喷枪的溶液压力，从而获得需要加入的尿素溶液流量。

3.2.5 SNCR脱硝系统可行性

本公司锅炉烟气采用SNCR脱硝技术。锅炉内采用SNCR法(尿素为脱硝剂)脱硝，属低氮燃烧，炉膛温度在850℃～1000℃的温度范围内，把还原剂(尿素溶液)喷入炉内，在上述各项工艺措施落实到位的情况下，脱硝效率可达75%[4]。

本公司锅炉炉内烟气氮氧化物产生浓度为183mg/m3，按75%脱硝效率测算SNCR脱硝后烟气NOx浓度为45.8mg/m3，满足《河南省2020年大气污染防治攻坚战实施方案》要求，同时排放量减小为0.228kg/h，大幅消减了氮氧化物排放总量，减少了环境污染。因此本公司锅炉采用SNCR脱硝方案可行。

4 结语

综上所述，该公司锅炉烟气采用 SNCR脱硝装置投运后，脱硝效率可达75%以上，氮氧化物排放浓度及排放量大幅降低，减少了锅炉烟气排放对周边环境空气的影响。符合国家大气污染防治措施的要求，燃气锅炉采用SNCR脱硝是可行的，以期为SNCR烟气脱硝技术的优化运行提供有益参考。