SMIO-01C 供應(yīng)

SMIO-01C 供應(yīng)

引言

2011年我國頒布了GB13223-2011《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，明確規(guī)定自2014年7月1日起，現(xiàn)有循環(huán)流化床鍋爐（CFB）機組排放的煙氣中NOx濃度不大于200 mg/m3，新建CFB機組不大于100 mg/m3。2014年印發(fā)的《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃（2014-2020年）》則要求和鼓勵新建機組接近或達(dá)到燃?xì)廨啓C組排放限值，即在基準(zhǔn)氧含量6%條件下，煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放濃度分別不高于10, 35, 50 mg/m3，實現(xiàn)燃煤發(fā)電機組的超低排放。

目前，由于循環(huán)流化床鍋爐的燃燒溫度較低（通常在850~950°C范圍內(nèi)），通過適當(dāng)優(yōu)化運行工況，可以實現(xiàn)NOx排放濃度控制在300 mg/m3以內(nèi)，但要滿足現(xiàn)有環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，特別是超低排放標(biāo)準(zhǔn)，仍需要根據(jù)機組實際情況，對鍋爐進(jìn)行改造或者增加脫硝裝置。在眾多煙氣脫硝技術(shù)中，選擇性催化還原

（Selective Catalytic Reduction, SCR）和選擇性非催化還原（Selective Non-Catalytic Reduction，SNCR）是運用較為廣泛的兩種技術(shù)。針對CFB脫硝技術(shù)改造，可以遵循低氮燃燒—低氮燃燒+SNCR——低氮燃燒+SNCR+SCR的技術(shù)路線，當(dāng)前一項無法滿足排放要求時，在原有脫硝技術(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)一步增加脫硝裝置改造。其中，低氮燃燒改造屬于爐內(nèi)脫硝改造，通過采用優(yōu)化的分級燃燒，實現(xiàn)低NOx排放；SNCR和SCR則屬于典型的CFB鍋爐煙氣脫硝改造，兩種工藝的對比如表格1所示。

表1 SNCR和SCR工藝對比

注：氨氮比NSR（Normalized Stoichiometric Ratio）：噴入的還原劑（以NH3計）與待脫出的NOx（以NO計）的摩爾比。

相較于SCR，SNCR工藝不需使用催化劑，成本較低，不存在催化劑壽命問題，后續(xù)維護(hù)簡單，不需專門反應(yīng)器，可以在現(xiàn)有設(shè)備上進(jìn)行安裝改造，脫硝效果受煙氣成分影響較小，因此適用于現(xiàn)有CFB鍋爐改造。此外，對于CFB鍋爐，由于其燃燒溫度較低、氣體停留時間較長等原因，使得SNCR具有更加明顯的優(yōu)勢。此外，由于SNCR脫硝改造的投資和運行費用較低、占地面積小，較適合老廠改造。目前*約有300多套SNCR裝置應(yīng)用于電站鍋爐、工業(yè)鍋爐、垃圾焚燒爐以及其他燃燒裝置中。

1 SNCR脫硝的基本原理和影響因素

 SNCR是一種不借助催化劑，直接還原NOx的鍋爐尾部脫硝工藝。其主要方式為將還原劑（氨水、尿素溶液等）噴入爐膛中特定的溫度區(qū)域（850～1150℃），利用氨還原劑的強選擇性，使其與煙氣中的NOx發(fā)生反應(yīng)，將NOx還原為N2、H2O和CO2，實現(xiàn)NOx脫除。

SNCR工藝中影響脫硝效率的關(guān)鍵問題分為兩類：反應(yīng)和流動。反應(yīng)包括：反應(yīng)溫度范圍，煙氣在合適溫度范圍內(nèi)的停留時間、還原劑種類、氨氮比、脫硝添加劑等。流動主要指還原劑與煙氣的混合。

1.1 反應(yīng)溫度對SNCR脫硝的影響

反應(yīng)溫度是影響SNCR脫硝效率的核心因素之一，停留時間、還原劑種類、氨氮比等都會對反應(yīng)溫度產(chǎn)生一定影響。目前的研究結(jié)果表明，脫硝反應(yīng)適合的溫度窗口為850～1100℃。高于1100℃，NH3會被氧化為NO，造成NOx排放升高；低于850℃，反應(yīng)速度減慢，反應(yīng)不*，造成“氨逃逸”，產(chǎn)生新的污染。

1.2 停留時間對SNCR脫硝的影響

SNCR反應(yīng)達(dá)到1s的停留時間就能夠取得比較好的反應(yīng)效果。而在大型CFB鍋爐中，SNCR一般發(fā)生在旋風(fēng)分離器中，旋風(fēng)分離器中的停留時間一般是1～2s，因此有足夠的停留時間保證SNCR反應(yīng)的進(jìn)行。停留時間并非大型循環(huán)流化床鍋爐SNCR效率的制約因素。

1.3 還原劑種類對SNCR脫硝的影響

當(dāng)溫度區(qū)間為730～950℃時，以氨作為反應(yīng)劑的脫硝效率要高于以尿素作為反應(yīng)劑的脫硝效率；當(dāng)反應(yīng)溫度在950℃以上時，以尿素作為反應(yīng)劑的脫硝效率高于以氨作為反應(yīng)劑的脫硝效率。相同條件下，氨水將在相對稍低的佳脫硝溫度下達(dá)到比尿素溶液更高的佳脫硝效率，尿素溶液的脫硝溫度范圍整體上要比氨水的脫硝溫度范圍稍偏向高溫方向。

1.4 氨氮比對SNCR脫硝的影響

理論上，還原1mol的NO需要1mol的NH3，但是在實際情況中，由于反應(yīng)停留時間、還原劑擴散等原因，需要的NH3大于1mol。氨氮比從1.0提高到2.0的過程中，脫硝效率顯著提高。然后氨氮比的增加會導(dǎo)致反應(yīng)不*的NH3隨煙氣排出系統(tǒng)，導(dǎo)致“氨泄漏”，造成二次污染。因此需要在NO排放，氨逃逸和SNCR成本之間尋求平衡，一般來說，佳的氨氮摩爾比范圍是NSR=1～2。

1.5 關(guān)于還原劑噴嘴布置方式和噴槍

還原劑噴嘴布置方式影響還原劑與煙氣的混合情況，從而對SNCR脫硝效果產(chǎn)生作用，對SNCR還原劑噴嘴進(jìn)行優(yōu)化，可以有效的提高脫硝效果。為了優(yōu)化還原劑噴嘴的布置方式，學(xué)者進(jìn)行了廣泛而深入的研究。目前主流的方法是將CFD方法和現(xiàn)場測試進(jìn)行結(jié)合。

除了噴嘴的布置位置，SNCR噴槍作為主要的脫硝設(shè)備，其性能直接影響脫硝效率：噴槍必須在合適的溫度下使還原劑溶液快速蒸發(fā)，并使還原劑分布均勻、滿足反應(yīng)時間需求。目前，噴槍噴霧形式多種多樣，按照霧化方式的不同可將噴槍主要歸為機械霧化和氣泡霧化兩種類型。機械霧化是指使高壓的液體通過小孔或旋流器將壓力勢能轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽?，液滴以遠(yuǎn)大于外界氣流速度的方式從噴口噴出而得到霧化。氣泡霧化是指把具有一定壓力的氣體（壓縮空氣或蒸汽）以適當(dāng)?shù)姆绞阶⑷胍后w中，并使兩種霧化介質(zhì)在混合室形成均勻的氣液兩相流，液體離開噴嘴后，氣體與液體在混合室出口處相互擠壓，產(chǎn)生剪切力，氣泡一離開噴嘴，即發(fā)生爆破。與此同時，由于噴槍內(nèi)外壓力差的作用，氣泡與周圍液膜再次破裂，生成更細(xì)小、霧化效果更好的小液滴，促進(jìn)氣體與還原劑的混合。