孙金涛
云南大唐国际红河发电有限责任公司云南开远661600
摘要 本文对循环流化床锅炉脱硝改造的问题进行了研究，通过对SCR、SNCR、LNB+SNCR 三种脱硝技术进行利弊对比，另外通过液氨、氨水、尿素在脱硝系统中作为反应剂时的优缺点进行了对比，并结合实际工作经验，最终确定循环流化床锅炉的脱硝改造方案最优为SNCR 脱硝技术，还原剂为尿素。
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关键词 循环流化床锅炉；脱硝改造；SNCR；氮氧化物；液氨
1 概述
循环流化床锅炉是一种高效、低污染的节能产品，近些年在国内得到迅速推广与发展，具有燃烧效率较高、煤种适应性广、负荷调节范围大、低污染等优点。NOx 是造成大气污染的主要污染源之一,火电厂生产过程中产生的大量的氮氧化物直接排放到大气当中，严重污染了大气。循环流化床锅炉在电厂生产过程中即使不采用任何其他的脱硝技术，也可以将NOx 降低到150-350㎎/m3，但面对现在越来越严格的环保要求，其自身具备的低污染特性俨然已不能满足，还需要对循环流化床锅炉进行脱硝改造。
通常降低NOx 的排放，需要两个方面入手。
第一，燃烧过程中控制NOx 的产生，即低NOx 燃烧技术；第二，把已经产生的NOx 转化成不会对大气造成污染的物质，即烟气脱硝技术。循环流化床锅炉可以实现低氧、低温燃烧，它本身就具备低NOx 燃烧的优越性能，再辅之以烟气脱硝，想必会产生非常好的脱硝效果。
2 选择适合循环流化床锅炉的脱硝工艺
2.1 选择性非催化还原法（SNCR）
SNCR 技术，在800-1200益的环境中喷入含氮反应剂到烟气中，将NOx 还原，生成水和氮气，没有新的污染物产生。由于在一定的温度范围内，有氧参与的情况下，含氮反应剂对NOx 的还原在所有化学反应中占主导，表现出选择性，因此被称为选择性非催化还原。SNCR 在实验室里NOx 脱出率可以达到90%以上。应用在生产中的大型锅炉上，短期试运期间能达到75%的脱出率，长期生产过程中一般能达到25%-40%。
首先，此工艺可选还原剂多，运行费用低，原理简单，硬件工艺成熟，对温度依赖性强。对于温度的依赖性较强的问题，循环硫化床锅炉刚好可以满足其对温度的要求。
其次，循环流化床锅炉本身就具备低NOx 燃烧的优越性能，在此基础上选择造价低、运行费用低的SNCR 技术即可将NOx 浓度降至100㎎N/m3 以下乃至更低，满足国标要求。
2.2 选择性催化还原法（SCR）
SCR 化学原理与SNCR 法相同，只是比后者多了催化剂及催化系统。在使用催化剂的情况下，在200益-400益环境内便可脱出NOx，这样还原氮剂就不会与烟气中大量氧气反应，因此而得名。在生产应用中SCR 技术成熟，脱硝效率高，其可达80%-90%的NOx 脱出率表现很好。但缺点也很多，例如占地面积大，初建费用高，运行费用高，而且催化剂在使用一段时间后会老化，须定期更换，催化剂氮氨摩尔比超标时时会造成浪费，并与SO3 反应生成硫酸氢铵，是造成下游设备堵塞的主要原因。
2.3 低氮燃烧器+选择性非催化还原法（LNB+SNCR）
煤粉锅炉改造的时候，把以前的燃烧器全部换成低氮燃烧器，在低氮燃烧器的上方布置了几层燃尽风，风口可以垂直摆动和水平摆动，煤粉通过喷嘴进入燃烧区，在燃烧区形成了两个火焰区，一个一次火焰区即主燃区，一个二次火焰区。低氮燃烧器的机理主要是：在主燃区缺氧燃烧，因为NOx 的生成基本就是燃料的着火阶段产生的，缺氧燃烧会抑制NOx 的生成，同时缺氧燃烧还会降低燃烧区的温度，同样会抑制NOx 的生成。为了使燃料充分燃尽，在燃烧阶段送入大量风，因为燃烧阶段NOx 的生成相对少。此方法多用在煤粉炉上。此燃烧器所能实现的功能基本上就是循环流化床锅炉所具有的，循环流化床锅炉分级送风、分级燃烧基本上能实现低NOx 燃烧，所以在循环流化床锅炉的基础之上加入SNCR 技术，就相当于实现了LNB+SNCR 技术。
2.4 小结
目前被实践应用过的脱硝技术有好几种，但技术相对成熟的就是SNCR 与SCR 技术。
在循环硫化床锅炉脱硝改造工艺的选择上，SCR 脱硝系统虽然可以达到很高的脱硝效率，但是催化剂的使用带来了运行成本的增加，并且使用寿命相对短，所以并没有得到广泛的推广应用；SNCR 效率虽不高，但系统简单，设备要求也不高，占地面积小，初投费用不高，因为不使用催化剂，所以不会出现类似于SCR 系统中的反应器堵塞和压力损失等问题。同时由于此种锅炉本身可以实现低NOx 燃烧能力，就相当于煤粉炉常用的LNB+SNCR，所以循环流化床锅炉脱硝改造选择SNCR 技术再适合不过了。
3 选择性非催化还原法渊SNCR冤烟气脱硝工艺的原理
选择性非催化还原法烟气脱硝技术，不需要催化剂的参与，使用还原剂与烟气中的氮氧化物反应生成无害的氮气和水的一种脱硝方法。该方法首先要在旋风分离器入口或炉膛出口等适合的温度区域（830-1000益）喷入含有氨基的还原剂。还原剂在高温下分解为氨（NH3），氨与烟气中的氮氧化物（NOX）进行还原反应生成氮气和水。该技术施工工期短，它是以炉膛或尾部烟道为反应器，不需要增加反应器和催化剂。现在应用最多的是氨气和尿素，早些年应用较多的还有液氨。
3.1 应用尿素时的反应
若温度高于1150益,NH3 则会被氧化为NO，反应式为：
3.2 应用氨时的反应有氧参与：
无氧参与：
还原剂的反应效率最高的温度范围即温度窗。按经验最佳温度区为830-1000益。若反应温度过高，氨会分解使NOX 还原率降低；另外，若反应温度低，反应速度变慢，于是NH3 反应不完全，氨的逃逸增加，产生新的污染物。
4 三种脱硝系统的选择
4.1 应用尿素的脱硝工艺流程
尿素颗粒寅溶解箱（除盐水溶解，蒸汽加热）寅稀释水箱（稀释水泵来水）寅计量分配寅喷射器（压缩空气来冷却、流化风来冷却）寅锅炉分离器。
此系统当液氨喷入锅炉后马上挥发成气体，不会产生炉壁腐蚀或湿壁，储罐容积也不大，但易燃易爆，毒性、腐蚀性强。其脱硝效率高，氨逃逸少，但系统复杂。
4.2 应用氨水的脱硝工艺流程
卸料压缩机寅储存罐寅蒸发器（根据需要加入）寅流量控制器寅混合气（与稀释风机来压缩空气混合）寅烟气。
此系统可直接将氨水喷入分离器内，加热蒸发器可以省略，但若必须以气态形式喷入，则需要加热汽化。氨水腐蚀、挥发性强，不过运输储存及处理容易，工程造价低，而且液态喷射穿透能力强于气态。
4.3 应用尿素的脱硝工艺流程
尿素颗粒寅溶解箱（除盐水溶解，蒸汽加热）寅稀释水箱（稀释水泵来水）寅计量分配寅喷射器（压缩空气来冷却、流化风来冷却）寅锅炉分离器。
此系统须将除盐水加热到30益以上，尿素才会溶解完全，运行中保证溶液温度不低于结晶温度16.7益。因氨逃逸率高，脱硝效率低，但安全性是最高的，所以对于电厂这种重要生产区域应优先选择尿素脱硝。
4.4 综合对比
由于尿素在运行、建设成本适中，系统占地面积相对小，其次其理化性能稳定，可满足现在电力生产企业在安全方面的较高要求，虽然脱硝效率低，但对于循环流化床锅炉来说，已经可以很好地满足要求。
5 结论
综上所述，循环流化床锅炉在脱硝改造中，由于本身具有其他炉型所不具备的优点，可实现低温和低NOx 燃烧。且反应时间充分，采用SNCR 烟气脱硝技术很适合，两者结合可大大降低NOx 的排放，减少大气污染，满足国标要求的脱硝效率。脱硝工艺的选择原则中对环保、安全、可靠性、成本等有严格的规定，尿素脱硝系统完全满足要求，虽然尿素的氨逃逸率高会造成脱硝效率下降，但满足循环流化床锅炉已经绰绰有余了，所以尿素比较适合应用在循环流化床锅炉脱硝改造中作为反应剂。
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参考文献
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［2］姜彩生，郝薛刚.循环流化床锅炉脱硝系统运行情况分析[J].全国发电技术协作网.
［3］曹振华，杨庆华.SNCR 脱硝技术在循环流化床锅炉上的工程实践[D].道客巴巴在线文档分享平台.
［4］云南大唐国际红河发电有限责任公司脱硝运行规程.