以废氨水为还原剂脱硝技术在CFB锅炉中的应用
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摘要：介绍了目前国内常用的锅炉脱硝方法，对以废氨水为还原剂，采用SNCR脱硝工艺在CFB锅炉的应用进行了阐述。
关键词：废氨水； SNCR法；CFB锅炉；脱硝技术
中图分类号：K826文献标识码： A
空气中的氮氧化物（NOx）是一种主要的大气污染物质，NOx与碳氢化合物可以在强光作用下造成光化学污染，排放到大气中的NOx是形成酸雨的主要原因，严重危害生态环境。目前国内65%左右的NOx是由煤燃烧所产生的。随着国家对环保政策的日趋严格，2011年国家颁布了新的《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011），于2012年1月1日实施。根据新规定，新建锅炉烟气NOx排放限值必须满足小于100mg/Nm3的国家标准。为满足国家环保标准排放要求，各地区现有或新建的煤粉锅炉或循环流化床（cfb）锅炉均需要新建脱硝装置，才能满足两个时段要求的排放限值，本文将重点介绍在合成氨尿素装置中以废氨水为还原剂的SNCR法脱硝工艺在CFB锅炉中的应用。
一、脱硝工艺介绍
目前国内外成熟的锅炉烟气脱硝技术，分为选择性非催化还原法（Selective Non-Catalytic Reduction，简称SNCR）和选择性催化还原法（Selective Catalytic Reduction，简称SCR），SNCR和SCR两种方法，占到脱硝市场的95%以上。 SNCR和SCR都是成熟的NOx控制处理技术，还原剂为氨水或尿素溶液。SNCR反应的温度区间主要在800～1050℃之间，还原剂喷入混合，将烟气中NOx还原为氮气和水； SCR反应的温度区间主要在300～400℃，还原剂喷入装有催化剂的反应器，将烟气中NOx被还原为氮气和水。
两种烟气脱硝技术工艺上的不同主要体现在两个方面：其一，SCR需要预留空间，安装反应器，布置昂贵的金属催化剂；SNCR直接在炉体上进行改造，不需要额外的空间需求，也不需要催化剂。其二，SNCR反应温度高，其最佳反应温度窗口为800～1050℃，但是当采用氨做还原剂且和烟气在良好混合条件下，并且保证一定的停留时间，则在更低的800～900℃范围内也可以进行有效程度的脱硝反应；常规SCR布置在省煤器与空预器之间，同时需要安装相应的除灰装置。
由于SCR工艺脱硝效率高，可以满足任何NOx排放标准，因此，在世界上得到大家的认可和广泛应用；而SNCR工艺简单，操作灵活，同样也得到了不少的应用。在循环流化床锅炉（CFB）中，由于锅炉尾部设有旋风筒，旋风筒内烟气扰动剧烈，烟气温度刚好在SNCR工艺要求范围内，因此在CFB锅炉中，安装SNCR装置后，其脱硝效率可以达到60%左右，所以，在脱硝效率要求不是太高的情况下，SNCR工艺是CFB锅炉烟气脱硝不错的选择。
二、SNCR法脱硝还原剂的选择
SNCR的还原剂分为尿素和氨水，综合比较后，笔者推荐北方的合成氨尿素装置选择氨水作为脱硝项目的还原剂。理由为：因为装置中间产品为合成氨，配置氨水简单易行；氨水脱硝反应的区间最佳温度为800～950℃，与CFB锅炉炉膛温度相适应；氨水脱硝效率稍高于尿素脱硝效率。
合成氨尿素装置在开车正常时期，尿素装置的氨水槽内不同区间会有4.9%～7.2%的氨水产生，可直接将此氨水泵入氨水罐，并通过喷射装置喷入烟气中，这将大大减低后期的运行成本。
不选择尿素作为还原剂的原因，一是需要增加溶解罐,系统复杂并增加部分投资；二是由于溶解时吸热，低于16℃容易结晶，在北方高寒地区尤为明显，罐体和管线需要保温和蒸汽伴热；三是尿素溶液脱硝反应最佳温度区间为950～1050℃，CFB锅炉炉膛即使BMCR状态也不具备此温度。
三、其他指标的选择
SNCR的工艺方法的关键是温度窗口、反应时间和还原剂与烟气的混合均匀度以及其他因素。
1、温度窗口的选择
温度窗口的选择非常重要。主要依据为流化床锅炉的烟气温度和混合特性,以保证还原剂能够与烟气充分的混合并发生反应。鉴于流化床锅炉的旋风分离器进口水平烟道位置烟道尺寸小，易于混合，水平烟道后的分离器的旋风特性为脱硝提供了充分的反应时间等因素，为了使还原剂喷入位置处于最佳的温度窗口，CFB锅炉脱硝布设喷枪及开孔最佳位置，选择在旋风分离器前的水平烟道上。在此位置喷入还原剂，经旋风筒扰动会充分与烟气混合，并至少停留1～2秒时间，这些因素为脱硝反应提供了充分的支撑条件。
2、NH3/NOx摩尔比
NH3/NOx摩尔比的选择，直接影响脱硝反应运行的经济性。选择过低达不到相应的脱硝效果，选择过高则运行成本大幅度提高，同时加入的还原剂溶液过多也会对锅炉的除尘设备运行产生影响，根据技术对比和论证，在保证经济型和脱硝效果的前提下，建议选择NH3/NOx摩尔比为1.2～1.5的范围。
3、氨逃逸浓度
氨逃逸也是反映脱硝反应的一项重要参数，逃逸高经济性差，二次污染严重；过低脱硝反应的效果差，达不到环保要求；因此依据国家标准《火电厂烟气脱硝工程技术规范-选择性非催化还原法》（HJ563-2010）规定，氨逃逸控制在8mg/m3以内，正常运行氨逃逸控制在4～5 mg/m3之间。
4、脱硝装置布置及设备选型
依据装置的特点和特性，以实用性和经济性为原则，脱硝装置的储存单元、混合单元及控制单元尽可能设置在CFB锅炉附近。脱硝装置的主要工艺介质为氨水和脱盐水，主要的设备为罐体、泵、管道、氨水喷枪及控制仪表等。要求所有与氨水接触的设备、管道、阀门、仪表、泵、喷枪等，均要采用不锈钢材料；关键设备如计量泵、调节阀、氨水喷枪等建议选择进口设备。
四、自动化控制水平
脱硝系统在节省投资的前提下，应尽可能提高装置自动化水平，以减轻操作人员的劳动强度。重要的工艺参数将引至控制室DCS进行集中显示、记录、报警和控制。
结束语
随着环境污染日益严重，国家对环境污染因子的排放要求也日趋严格，各地均提出了“绿色发展、环保发展、蓝天碧水工程”的建设理念。各级决策者深深意识到，不能以牺牲环境为代价来换取GDP的增长，要为经济和环境的持续发展创造条件。本文的SNCR法脱硝技术，利用合成氨厂废氨水作为还原剂，对CFB锅炉的NOX进行有效脱除，排放指标满足国家环保标准要求，从而使大气污染物中的NOX达标排放。
参考文献
1、《火电厂烟气脱硝工程技术规范选择性非催化还原法》HJ563-2010
2、《火电厂烟气脱硫工程技术规范氨法》HJ2001-2010