以尿素為還原劑的SNCR 脫硝技術在電廠的應用
摘要:本文介紹了以尿素作為還原劑的 SNCR 脫硝技術特點以及脫硝設備。提出老廠SNCR脫硝改造需注意的問題，為改造方案提供有利的借鑒。
關鍵詞:環保,電廠,脫硝,SNCR,尿素
利港電廠三期 2 臺 600MW 燃煤發電機組于2006年12月同時投產。該機組鍋爐采用 Alstom 技術設計，由上海鍋爐廠生產。鍋爐采用爐膛分級燃燒以及燃盡風的低 NOx 切圓燃燒技術，此外還配備了以尿素作為還原劑的 SNCR 脫硝裝置。由于鍋爐本身設有低 NO燃燒器，NO的排放濃度已低于現行環保排放標準，所以利港電廠要求 SNCR 的脫硝效率僅在 25% 以上。實際證明，低NOx 燃燒器與SNCR技術相結合產生了良好的脫硝效果。為便于現場設備的安裝，制造商采用模塊化的供貨方式。每個模塊在脫硝流程中都具備一定的功能。具體如下：
1 循環模塊
循環模塊的作用將儲存罐中 50% 濃度的尿素溶液輸送至鍋爐上部平臺的分配模塊并在尿素溶液儲罐和計量模塊之間循環，以保證反應劑的持續供應并保持尿素溶液維持一定的溫度。
2 墻式噴射器與多噴嘴噴射器
由于尿素溶液存在一定的腐蝕性，尿素溶液噴入爐膛的噴射器全部用 3.6L 不銹鋼制造。墻式噴射器分布在鍋爐前墻、燃燒器的上方，其外形類似于鍋爐短式吹灰器，多個噴射器成為組。可以想象，僅憑前墻墻式噴射器無法使還原劑在爐膛內均勻混合。這樣就不能得到高的脫硝效率。所以必須增加多噴嘴噴射器。多噴嘴噴射器分布在鍋爐兩側墻，其外形類似于鍋爐伸縮式吹灰器。為保證還原劑在整個鍋爐寬度方向對 NOx 進行有效攔截，多噴嘴噴射器設若干對噴嘴，噴嘴數量視爐膛內管屏間距而定。通過霧化空氣，形成霧化顆粒狀的尿素被送入鍋爐煙氣中。由于多噴嘴噴射器在爐膛中的工作溫度較高，所以在噴射器內部通有除鹽水作為多噴嘴噴射器冷卻水。多噴嘴槍噴射器配帶減速箱的電動伸縮機構，當噴射器不使用、噴射器套管冷卻水流量不足、冷卻水溫度高或霧化空氣流量不足時，多噴嘴槍噴射器會自動從鍋爐中退出。
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3 計量站模塊
噴射區計量模塊是脫硝控制的核心裝置，用于精確計量和獨立控制到鍋爐或焚化爐內每個噴射區的尿素溶液濃度。該模塊采用獨立的化學劑流量控制，通過區域壓力控制閥與就地 PLC 控制器的結合并響應來自于機組燃燒控制系統、NOx 和氧監視器的控制信號，自動調節反應劑流量，對 NOx 濃度、鍋爐負荷、燃料或燃燒方式的變化做出響應，打開或關閉噴射區或控制其質量流量。
4 分配模塊
分配模塊用來控制到每個噴槍的霧化/冷卻空氣、混合的化學劑和冷卻水的流量。空氣、混合的化學劑可以在該模塊上調節，達到適當的空氣/液體質量比率，取得最佳的 NOx 還原效果。
選擇 SNCR 工藝需注意的問題
（1）目前國內沒有現成的 50% 尿素溶液采購，所以電廠需從化肥廠買來袋裝尿素自行配制成尿素溶液。由于尿素的溶解過程是吸熱反應，其溶解熱高達 -57.8cal/g（負號代表吸熱）。也就是說，當1克尿素溶解于 1 克水中，僅尿素溶解，水溫就會下降57.8℃。而 50% 的尿素溶液的結晶溫度是 16.7℃。所以，在尿素溶液配制過程中需配置功率強大的熱源，以防尿素溶解后的再結晶。在北方寒冷地區的氣象條件下，該問題將會暴露的更明顯。
（2）在整個脫硝工藝中，尿素溶液總是處于被加熱狀態。若尿素的溶解水和稀釋水（一般為工業水）的硬度過高，在加熱過程中水中的鈣、鎂離子析出會造成脫硝系統的管路結垢、堵塞。因此，必須在尿素中添加阻垢劑或采用除鹽水作為脫硝工藝水。
（3）由于多噴嘴噴射器工作在爐膛內部高溫區，為防止噴射器冷卻水管路內部結垢。需采用除鹽水作為多噴嘴噴射器冷卻水。一般來說，除鹽水來自凝汽器。凝水泵送并經減壓后進入多噴嘴噴射器，與多噴嘴噴射器換熱、減壓后再返回凝汽器。單個多噴嘴噴射器所需冷卻水在 10-15 噸之間。所以，在老機組改造中必須考慮是否有除鹽水的富裕量。
（4）在SNCR脫硝工藝中，廠用氣的耗量也是較大的。噴射霧化需要廠用氣，設備的冷卻需要廠用氣，管路吹掃也需要廠用氣。有資料表明，2×600MW 機組脫硝平均需消耗 50Nm3/min。在老機組改造中也需要考慮廠用氣的富裕量。
（5）電廠對粉煤灰有較好的綜合利用能力或燃煤的硫份較高時，則 SNCR 工藝的氨逃逸率不宜超過10ppm。
總結和建議
SNCR 脫硝技術占地面積小、對鍋爐改造的工作量少、施工安裝周期短、節省投資，較適合于老廠改造。
尿素顆粒或尿素溶液在運輸和儲存的安全性遠遠高于液氨，以尿素作為還原劑的 SNCR 技術對于場地受限的電廠的脫硝改造將有一定優勢。
由于SNCR 脫硝效率較低，SNCR 可以協同低NOx 燃燒器改造或簡易 SNCR 等其他脫硝方式，在優化投資成本的前提下以期獲得滿意的脫硝效率。
建議在脫硝改造前的項目可行性研究中，應對電廠的工業水源、電源、汽源、氣源、除鹽水量及其輸送能力的備用情況進行詳細的調查，從而找到適合本廠的最優 SNCR 脫硝方案。
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