摘要：SCR和SNCR是目前锅炉脱硝采用的主要工艺，各自具有其优缺点。SCB脱硝效率高，但是结构复杂，建设及运行费用较高，对锅炉空气预热器有影响，且环境风险较大。SNCR结构简单，建设及后期费用较低，但是脱硝效率低。结合本文提到的大唐阳城发电有限责任公司脱硝改造项目，给出了SCR和SNCR的在实际工作中如何选择的建议。
关键词：SCR；SNCR；脱硝技术
随着经济的发展，有效控制燃煤造成的大气污染形势已经刻不容缓，特别是控制燃煤过程中的氮氧化物，烟气脱硝技术显得相当重要。
一：SCR和SNCR工艺原理
SCR即选择性催化剂还原法，SNCR为选择性非催化剂还原法。
1.1：SCR脱硝法原理
在SCR脱硝工艺中，SCR技术的核心是催化反应系统，主要使用的催化剂为钒系催化剂，如V2O5/TiO2和V2O5-WO3/TiO2。在形式上主要有板式、蜂窝式和波纹板式三种。脱硝效率可达90%，氨逃逸率可控制在5mg/L以下。
4NH3+4NO+O2—→4N2+6H2O4NH3+2NO2+O2—→3N2+6H2O
4NH3+6NO—→5N2+6H2O8NH3+6NO2—→7N2+12H2O
1.2：SNCR脱硝原理
SNCR脱硝工艺是指在炉膛800°C~1100°C这一温度范围内，在没有催化剂的作用下，NH3或者尿素等氨基还原剂可以选择性的还原烟气中的NOx，而基本上不与烟气中的氧发生反应。其反应原理如下：
NH3为还原剂：
4NH3+4NO+O2—→4N2+6H2O
尿素为还原剂：
(NH2)3CO—→2CH2+CONH2+NO—→N2+H2O
2CO+2NO—→N2+2CO2
SNCR的脱硝效率没有SCR高，但是相对于SCR技术，具有以下优点：1、降低成本。首先，SNCR技术不需要改变锅炉的设备装置，仅需加装氨或者尿素储槽，脱硝喷枪装置和喷射口即可；其次，不需要使用催化剂，大大降低了其使用成本。2、系统简单，占地少。氨和尿素的储罐，可安置于锅炉钢架上，不需要额外占地。3、使用性强。
因此在实际生产生活中，两种方式同时采用是实现最佳脱硝效率的方案。
SNCR/SCR联合脱硝工艺是把SNCR脱硝工艺和SCR脱硝工艺结合起来，在炉膛中喷入尿素或者NH3等氨基还原剂，首先在炉膛内进行SNCR反应，然后，溢出的NH3随着烟气进入到SCR反应器，在脱硝催化剂的作用下，继续和烟气中的NOx发生氧化还原反应。
三：实际工程应用
2014年8月8日，山西省政府要求山西省单机30万千瓦及以上燃煤发电机组应于2020年以前实现烟气超低排放，达到天然气燃气轮机排放标准（标准Ⅰ），即烟尘排放浓度不大于5mg/Nm3、SO2排放浓度不大于35mg/Nm3、NOx排放浓度不大于50mg/Nm3。
3.1还原剂和催化剂的选择
根据不同还原剂的特点，液氨是最为经济的，但是液氨系统有一定的安全隐患，适用于安全级别要求较高的工业厂区的锅炉烟气脱硝工程；氨水中氨的含量较低，但是由于体积庞大，运输成本较高；尿素是一种颗粒状化肥，安全无害，只需溶解成为一定浓度的尿素溶液，喷入炉膛特定位置即可，适用于普通烟气脱硝工程。综合考虑这三种还原剂的特点，本工程采用尿素作为还原剂。
尿素溶液还原吸收法利用还原剂尿素在酸性条件下与NOx发生氧化还原反应，最终产物为N2、CO2、和H20，且无副反应，不会造成二次污染，能达到无毒排放。其反应过程为（图一）：
本工程还原剂存储系统包括尿素溶液存储罐及尿素溶液输送泵等设备。还原剂存储区为单元制布置，两台机组公用1个稀释水罐，每台机组配置1个尿素溶液储存罐。尿素溶液和稀释水经由尿素溶液循环泵和稀释水泵分别将尿素溶液和稀释水输送到混合分配单元。
还原剂混合计量单元由8个尿素溶液混合计量模块柜和8个压缩空气混合计量模块柜组成。还原剂在混合柜内混合成合适配比的溶液后输送至还原剂分配单元。还原剂分配单元由12个尿素溶液分配模块柜及4个空气分配模块柜组成。还原剂经由分配单元分配至还原剂喷射单元。还原剂喷射单元包括72支喷枪及附属设备。还原剂通过喷枪雾化后喷射至炉膛内部。高温计通过检测剩余C微粒和CO2辐射的原理测量烟气的温度。高温计温度系统能够测量750-2000℃范围温度。燃烧膛内横截面将分成不同的温度区域。根据高温计读取当前烟气温度，并通过断层扫描计算得出二维图像。二维图像中的温度平均值由各个点综合计算得出。区域温度平均值将显示并提供给过程控制系统。将喷枪成组排列，每组根据适合反应温度区间的位置来选择。SNCR系统通过转换适合的喷枪组来控制，根据温度区间开启或关闭。第一层喷枪下部将安装12支高温计。屏式过热器的下游将安装2支高温计。控制系统通过测温系统计算出的实际炉膛温度场和烟气NOx含量、烟气量、氨逃逸等数据，控制混合单元内尿素溶液和稀释水按不同的比例送入喷射单元，从而实现炉内高效脱硝。
3.2催化剂选择
为了进一步出了NOX的排放，本工程除去增设SNCR脱硝装置后，SCR装置更换催化剂（#7、#8机组锅炉SCR安装有两层催化剂，全部更换），本工程考虑工程的实际情况，采用板式催化剂(V2O5/TiO2)，V2O5是最重要的活性成分，具有较高的脱硝效率，但同时也促进SO2向SO3转化，TiO2具有较高的活性和抵抗SO2的性能，作为催化剂载体。
四：脱硝烟气系统设计
本工程采用尿素作为还原剂，还原剂喷入炉内与NOx进行选择性反应，不用催化剂，因此必须在高温区加入还原剂，还原剂喷入炉膛温度为800℃-1100℃的区域，该还原剂迅速热分解成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。尿素溶液还原吸收法利用还原剂尿素在酸性条件下与NOx发生氧化还原反应，最终产物为N2、CO2、和H20，且无副反应，不会造成二次污染，能达到无毒排放。
4.1 SCR催化反应器布置
根据上述SNCR/SCR联合脱硝工艺流程，依照工艺流程顺畅、科学、简洁的布置原则，本工程设计方案将SCR催化反应器置于锅炉和布袋除尘器之间，烟气依次经过SCR催化反应器、空气预热器、布袋除尘器、脱硫塔，最后将处理达标的洁净烟气通过烟囱排入大气。系统流程图如下：
4.4改造结果
从本次试运行情况来看，不仅体现了SNCR的高效作用，而且大大提高了SCR的效率，减小了SCR部分的脱除压力，在提高了总的脱硝效率的同时，又很好的控制了氨逃逸，并且不增加催化剂层，不增加系统阻力。各种工况下SNCR系统实际投运尿素、稀释水用量均优于设计值。脱硝系统投运正常，脱硝效率明显，分别在90%、75%、60%三个额定负荷区间SNCR+SCR测量结果：90%负荷，SNCR脱硝效率平均值为57.9%，SCR脱硝效率平均值为95.3%，联合脱除效率为98%；75%负荷，SNCR脱硝效率为平均值为73.4%，SCR脱硝效率平均值为86.7%，联合脱除效率为96.7%；60%负荷，SNCR脱硝效率平均值为74.2%，SCR脱硝效率平均值为78%，联合脱除效率94.3%，
四结束语
通过本文所讲述的工程实例可以看出，燃煤锅炉设置了烟气脱硝装置以后，大幅降低了烟气中NOx含量，环境效益非常显著。火力发电厂等大型燃煤企业是最早配套建设烟气脱硝系统的，但是，燃煤锅炉房和火力发电厂等大型燃煤企业有着不同的运作模式和特点，而且不同的脱硝工艺也有自身的特点，在实际工程应用中，不能照搬其建设模式，而应综合考虑脱硝效率、投资成本、运行成本以及工程自身特点等多种因素之后再确定所采用的脱硝工艺。
参考文献：
[1]孙克勤，钟秦.烟气脱硝技术及工程应用[M].北京：化学工业出版社，2006：1-15.
[2]姜烨，高翔，吴卫红，等.选择性催化还原脱硝催化剂失活研究综述[J].中国电机工程学报，2013(14)：18-31.
论文作者:武强
论文发表刊物:《电力设备》2018年第11期
论文发表时间:2018/8/6
标签：还原剂论文; 尿素论文; 烟气论文; 催化剂论文; 溶液论文; 效率论文; 炉膛论文; 《电力设备》2018年第11期论文;