摘要：随着环保要求的提高，造纸厂动力锅炉的氮氧化物排放要求也越来越严格。本文针对造纸厂氮氧化物超标排放，通过研究国内外烟气脱硝应用技术，造纸动力锅炉产生NOX的反应机理，NOX控制技术及SNCR、SCR脱硝反应原理，介绍了SNCR/SCR联合脱硝在造纸厂动力锅炉大气污染治理上的应用。
关键词：造纸厂 动力锅炉 SNCR/SCR联合脱硝技术 氮氧化物
A REVIEW OF THE HYBRID SNCR/SCR DENITRATION TECHNOLOGY IN POWER BOILER OF A PAPER MILL
Zhang Xiaodong1, Zeng Xiangpeng2, weichengxi1
(1.Guangxi zhuang autonomous region engineering consulting center., Guangxi Nanning 530000;
2. Guangxi construction vocational and technical college Guangxi Nanning 530000)
With the improvement of environmental protection requirements, Nitrogen oxide emissions from paper mill power boilers are also increasingly stringent. This paper deals with the problem of excessive nitrogen oxide emission in paper mill.through the research application technology of flue gas denitrification at home and abroad, the reaction mechanism of NOX in paper power boiler, NOX control technology and SNCR、SCR denitrification reaction. introduce the application of SNCR/SCR denitration technology in the air pollution control of power boiler in paper mill.
KEY WORDS: paper mill power boiler SNCR/SCR denitration technology nitrogen oxide
NOX排放是衡量环境空气质量的关键因素，也是我国精细颗粒物、臭氧等复合污染的重要前体物[1]。氮氧化物包括N2O、NO、NO2等多种成分，《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）和《大气污染防治行动计划》的施行，紧靠低氮燃烧技术很难满足新的排放标准，因此燃烧后烟气脱硝净化技术成为研究应用的热点。
一、烟气脱硝研究进展
上世纪70年代，日本第一个将选择性催化还原法（selective catalytic reduction，SCR）实现工业化。80年代欧洲成功商业化运SCR技术。90年代美国将脱硝效率达到80%以上。我国对NOX研究起步晚，当前漳州后石电厂6×600MW机组、北京高井电厂等大小型机组均已完成SCR脱硝改造等[2]。
研究发现，在850℃~1250℃温度范围内，无催化剂下还原剂氨、尿素等也能将烟气中的NOX还原为N2，因此选择性非催化还原法（SNCR）应运而生。相比较于SCR法优点是不需要催化剂，投资小，改造小，没有额外SO2/SO3转化率，但存在脱硝效率不高，氨逃逸大和对温度要求较高等问题。
二、造纸动力锅炉大气污染
造纸业是大都以煤粉为燃料配备动力锅炉，燃煤锅炉产生NOX主要包括NO、NO2还有少量N2O等。其氮氧化物生成机理如下：
1、燃料型NOX
煤炭中氮的含量占0.5%~2.5%，形态多以C-N键的形式结合，氧化和热分解形成燃料型NOX，占NOX总量75%~90% [3]。根据以往研究成果[4,5]，燃料氮分为挥发分N和焦炭N。
图1-1 煤燃烧中氮分解过程的示意图
Fig.1-1 Decomposition process diagram of the nitrogen in the coal combustion
燃料型NOX的生成和破坏机理至今仍未定论。1985年Smoot等[6]首先提出以HCN和NH3为中间产物的化学机理；Lockwood等[7]认为挥发分N先转化为中间产物，再反应成氮氧化物，而焦炭N直接反应生成氮氧化物。
2、热力型NOX
生成机理为：
图1-2 不同类型NOX生成量与温度的关系
Fig.1-2 Different types of NOX generation's relationship with temperature
热力型NOX生成是一个缓慢的反应过程，合理的控制氧密度值和温度可以减少热力型NOX的生成量。
3、快速型NOX
Fenimore[9]发现快速型NOX生成机理非常复杂，路径可以简化为：
CH+N2?HCN+N2
CH2+N2?HCN+NH
C+N2?CN+N
C2+N2?2CN+N
快速型NOX是由空气中N2氧化而成。对于一般燃烧设备，快速型NOX与其他两种类型NOX相比，其生成量仅占5%左右。
三、 NOX控制技术
控制NOX排放技术可以分为三类，燃烧前、燃烧中和燃烧后脱硝。
燃烧前脱硝是将燃料转为低氮燃料，以此减少氮排放；燃烧中脱硝是实现对燃烧过程中NOX的生成控制；燃烧后脱硝中的湿法脱硝是目前工业上应用较多的工艺[10]。
四、 SNCR、SCR反应过程
SNCR即选择性非催化还原技术，即在没有催化剂的情况下，在炉内温度范围为800℃~1250℃范围内喷入还原剂（氨、尿素或异氰酸等），还原剂在炉中快速分解，可选择性的还原烟气中的NOX为N2和水[11]。
SCR技术是一种催化剂和氧条件下，在一定的温度范围，使还原剂具有选择性的将氮氧化物转化为氮和水。还原剂主要有NH3、CO、甲烷等。
五、SNCR/SCR联合脱硝技术
SNCR/SCR联合脱硝技术，克服前两种方法的缺点，整合两种工艺各有的优点，能达到很好的脱硝效果。即850℃~1250℃范围区喷入尿素等还原剂将NOX还原，在尾部低温区安装SCR反应器，利用高温区未反应的氨或补充的还原剂将NOX进一步还原。具有脱硝效率高、催化剂用量小、脱硝系统阻力小等优点。该技术成功应用于部分新旧燃煤机组建设和改造。如Mercer Statin1 2号2×320MW燃煤机组，脱硝率达到90％。在我国，北京某热电公司初次将SNCR/SCR联合脱硝技术应用于410T/H电站锅炉[12]；南通某公司电站2×130T/H高温高压煤粉锅炉选用低氮燃烧器+SNCR/SCR联合脱硝技术得到很好的脱硝效益[13]。
六、结语
根据国内外已进行SNCR/SCR联合脱硝技术改造的企业来看，SNCR/SCR联合技术可起到很好的脱硝效果，同时，综合了两种技术的优点，可为技术在全国范围得到应用奠定基础。本文以烟气脱硝为背景，介绍了SNCR/SCR联合脱硝技术在造纸厂燃煤动力锅炉烟气脱硝的应用。下一步可通过造纸厂取样，通过烟气燃烧、燃烧温度和NOX浓度等因素实验，探索出SNCR/SCR联合脱硝系统的最佳改造工况。
参考文献:
[1]张楚莹, 王书肖, 邢佳, 等. 中国能源相关的氮氧化物排放现状与发展趋势分析[J]. 环境科学学报, 2008,28(12).
[2]夏怀祥,段传和,等.燃煤电站SCR烟气脱硝工程技术[M]. 北京: 中国电力出版社, 2009.
[3]黄霞, 刘辉, 吴少华. 选择性非催化还原 (SNCR) 技术及其应用前景[J]. 电站系统工程, 2008(1):12-14.
[4]毛键雄, 毛键全, 赵树民. 煤的清洁燃烧[Z]. 北京: 科学出版社, 1998.
[5]Thomas K M. The release of nitrogen oxides during char combustion[J]. Fuel, 1997,76(6):457-473.
[6]Smoot L D, Smith P J. NOx Pollutant Formation in Turbulent Coal Systems[M]//Coal Combustion and Gasification. Springer, 1985:373-403.
[7]Lockwood F C, Romo-Millares C A. Mathematical modelling of fuel-NO emissions from PF burners.[J]. Journal of the Institute of Energy, 1992,65(464):144-152.
[8]Forzatti P. Present status and perspectives in de-NOx SCR catalysis[J]. Applied catalysis A: general, 2001,222(1):221-236.
[9]Fenimore C P. Formation of nitric oxide in premixed hydrocarbon flames: Symposium (International) on Combustion, 1971[C]. Elsevier.
[10]Miller J A, Bowman C T. Mechanism and modeling of nitrogen chemistry in combustion[J]. Progress in energy and combustion science, 1989,15(4):287-338.
[11]Zandaryaa S, Gavasci R, Lombardi F, et al. Nitrogen oxides from waste incineration: control by selective non-catalytic reduction[J]. Chemosphere, 2001,42(5):491-497.
[12]龚家猷, 李厌. 燃煤电厂 SNCR 与 SCR 联合脱硝工艺在国内的首次应用[J]. 华北电力技术, 2011(2):31-34.
[13]薛学缀, 耿桂淦, 宋正华. 低氮燃烧+ SNCR+ SCR 在 2× 130t/h 煤粉锅炉上的应用[J]. 江苏建材, 2013,2:3.
论文作者:张晓栋1,曾祥朋2,韦程曦1
论文发表刊物:《防护工程》2018年第36期
论文发表时间:2019/4/11
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