选择性非催化还原技术（SNCR）的工艺及主要设备.doc

1. 工艺说明NOxOUT工艺是一个燃烧后的脱硝过程， 通过在火力发电锅炉，垃圾燃烧炉、窑炉或其他燃烧炉的烟道中喷入适量的NOxOUT A 或其他脱硝剂来去除NOx的化学反应过程。 NOxOUT A是50的尿素溶液配少量防腐蚀的添加剂。这种脱硝剂的优点是容易配置，而且不需特殊的安全法规来处理。 选择性催化还原(SCR)脱除NOx的投资成本受催化剂价格及体积的影响很大，其运行成本主要受催化剂寿命的影响，一种不需要催化剂的选择性还原过程特别是脱硝率要求较低时（50%）或许更加诱人，这就是选择性非催化还原技术(SNCR)。该技术是用NH3、尿素等还原剂喷入炉内与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8501250的区域，该还原剂（尿素）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。研究发现，在炉膛8001250这一狭窄的温度范围内、在无催化剂作用下，NH3或尿素等氨基还原剂可选择性地还原烟气中的NOx，基本上不与烟气中的O2作用，据此发展了SNCR法。在8001250范围内，NH3或尿素还原NOx的主要反应为： NH3为还原剂4 NH3 + 4NO +O2 4N2 + 6H2O 尿素为还原剂2NO+CO（NH2）2+O22N2+CO2+2H2O不同还原剂有不同的反应温度范围，此温度范围称为温度窗。NH3的反应最佳温度区为8501100。当反应温度过高时，由于氨的分解会使NOx还原率降低，另一方面，反应温度过低时，氨的逃逸增加，也会使NOx还原率降低。反应剂利用率是衡量反应剂利用程度的指标，它与NOx脱除效率可用一个称为标准化化学计量比率(NSR)的参数联系在一起。NSR定义如下： 反应剂利用率、NSR和NOx脱除效率之间的关系如下： 通过性能试验关联的Fuel Tech SNCR 工艺和设计变量有： NOx 还原（减排）率，从设计基线值或以下降到目标水平； 反应剂与 NOx的摩尔比 (NSR)； 达到NOx 还原（减排）率所需的最大反应剂流量； 最大 NH3 逃逸； 对于多层喷射方式，控制系统适当的负荷跟随能力。采用NOxOUT SNCR 工艺必须具备以下必要条件： 能够使用计算流体力学(CFD)和化学动力学模型(CKM)进行工程设计能力，即将先进的虚拟现实设计技术与特定燃烧装置的尺寸、燃料类型和特性、锅炉负荷范围、燃烧方式、烟气再循环（如果采用）、炉膛过剩空气、初始或基线NOx 浓度、炉膛烟气温度分布、炉膛烟气流速分布等相结合进行工程设计； 机械系统，包括设计合理的设备，例如反应剂储存、计量、分配装置、喷射组件、监视和控制装置等； 特定性质的化学反应剂尿素； 应用工程包括合理的安装、调试和维护。（1）设计条件CFD模型模拟特定燃烧装置内烟气流动和温度，而CKM 模型根据CFD 计算的流动和温度数据来计算尿素与NOx的反应，这两个模型结合在一起确定最优温度区域和最佳反应剂喷射模式。模型研究能够对NOx还原率进行估计，所以可以确定合理的工艺方案。SNCR的设计利用几十年积累的技术诀窍和现场经验，系统安装、操作和维护简单；（2）设备条件与SCR工艺不同，燃料类型（例如煤、生物质和垃圾等）对SNCR性能影响很小。二十多年的现场经验表明 ，只要存在“SNCR反应温度窗”，SNCR 工艺可应用于燃烧各种燃料的各种型式的锅炉。因为SNCR是燃烧后烟气处理工艺，燃烧装置的尺寸、类型和燃料类型对SNCR工艺没有较大影响。该工艺在以煤、油、天然气、木质废料、城市固态垃圾或危险垃圾为燃料的燃烧装置上得到成功验证。这些燃烧装置的尺寸和型式各不相同，包括快装锅炉、工艺加热器、焚化炉、循环或鼓泡流化床、废热锅炉和电站锅炉等。因此，SNCR能应用于几乎所有的燃烧装置，使其NOx排放满足或超过大多数NOx排放要求。使用无毒尿素溶液的关键喷入方式，SNCR工艺采用无毒的尿素溶液作为反应剂，将其喷入高温烟气中，从而减少NOx排放，其副产物是水、氮气、二氧化碳、其它无毒气体和通常的烟道气成分；（3）化学药剂条件尿素溶液的储存、运输和处理不需要特殊的安全防护措施。当使用高硬度的水稀释时，FuelTech推荐使用NOxOUTA溶液（它是浓度为50%的尿素溶液，添加少量的特殊化学物质进行稳定），以加强尿素雾化，将由于时间、温度和水中杂质造成的尿素沉淀减小到最低程度。为了取得高的NOx还原效率并将氨逃逸降到最低，应该满足下述条件：1. 具有强的穿透能力和合理液滴尺寸的还原反应剂充分分布，与烟气中的NOx 混合良好。2. 在反应区内可维持适当温度范围的右方原则 (the Right-side Principle) 。3. 在反应区内可获得足够的停留时间。4. 具有良好响应特性的对负荷变化敏感能跟随的自控系统。从SNCR系统逃逸的氨可能来自两种情况，一是由于喷入点烟气温度低影响了氨与NOx的反应；另一种可能是喷入的还原剂过量或还原剂分布不均匀。还原剂喷入系统必须能将还原剂喷入到炉内最有效的部位，因为NOx的分布在炉膛对流断面上是经常变化的，如果喷入控制点太少或喷到炉内某个断面上的氨不均匀，则会出现分布较高的氨逃逸量。在较大的燃煤锅炉中，还原剂的均匀分布则更困难，因为较长的喷入距离需要覆盖相当大的炉内截面。为保证脱硝反应能充分地进行，以最少的喷入NH3量达到最好的还原效果，必须设法使喷入的NH3与烟气良好地混合。若喷入的NH3不充分反应，则逃逸的NH3与SNCR工艺一样不仅会使烟气中的飞灰容易沉积在锅炉尾部的受热面上，而且烟气中NH3遇到SO3会产生NH4HSO4易造成空气预热器堵塞，并有腐蚀的危险。但是，由于SNCR工艺中没有催化剂，不会使烟气中SO3浓度增加2-6倍。在相同的逃逸氨浓度时，形成（NH4）2SO4和NH4-HSO4的可能性较SCR低2,6倍。因此，SNCR工艺的逃逸氨一般控制在515ppm以下，而SCR工艺则必须控制在15 ppm。SNCR烟气脱硝技术的脱硝效率一般为30%60%，受锅炉结构尺寸影响很大，可用作低NOx燃烧技术的补充处理。美国的SNCR技术在燃煤电厂的工业应用是在80年代开始的，目前世界上SNCR工艺在燃煤电厂的总装机容量在25GW和100台机组以上。图1为一个典型的SNCR工艺布置图，它由还原储槽、多层还原剂喷入装置和与之相匹配的控制仪表等组成。SNCR系统烟气脱硝过程是由下面四个基本过程完成： 接收和储存还原剂； 还原剂的计量输出、与水混合稀释； 在锅炉合适位置注入稀释后的还原剂； 还原剂与烟气混合进行脱硝反应。图1 SNCR工艺流程示意图 2. 主要设备说明NOxOUT SNCR-HT系统将细小的尿素溶液雾滴喷入炉膛中并使其均匀分布。SNCR系统是一个炉内的燃烧后脱硝反应，尿素溶液雾滴在炉膛内相应温度窗口区域的精细分布程度是该系统性能的重要影响因素。该系统储存50质量浓度的尿素溶液并将它循环输送到炉侧，然后利用电厂提供的稀释水将尿素溶液进一步稀释到预设的浓度，并通过计量模块精确计量脱硝反应所需的尿素溶液被输送到喷枪。喷枪利用机械雾化和携带风将所需的尿素溶液喷入炉膛中。在系统优化和调试期间，每支枪的雾化性能和流速等还要根据锅炉的实际运行负荷和NOx浓度进行进一步的调整以更好的满足系统要求。（1）干卸料与溶解系统选择的干卸料与溶解系统应能满足各种条件下的要求。通过单臂吊车把袋装尿素吊至溶解罐上部平台，自动拆包倒入尿素罐，在溶解罐中尿素将被制备成50的尿素溶液，当尿素溶液温度过低时，在线加热器将开始启动并使溶液的温度高于82。（2）尿素溶液储罐尿素溶液储罐可满足5天的系统用量（50尿素溶液）要求，储罐由玻璃钢(FRP)或不锈钢（304SS）制造而成。储罐为立式平底结构，装有液面、温度显示仪，装有人孔、梯子，通风孔。储罐基础为混凝土结构，还原剂储罐露天放置时四周加有隔离防护栏。储罐设有蒸汽伴热系统，通过温度调节回路使尿素溶液维持在一定温度，并要考虑现场其他情况变量包括地震带，风载荷、雪载荷和温度变化等。（3）高流量和循环装置（HFD）尿素溶液制备以后，将由高流量和循环装置（HFD）输送给计量和分配装置。HFD装置是一个独立的高流量传输系统，包括2台全流量的多级SS离心泵，一用一备。内嵌双联式过滤器、电加热器和用于远程控制和监测HFD循环系统压力、温度、流动以及浓度等的仪表等。该2台泵安装在尿素溶液制备车间。（4）压力控制站压力控制回路可以调节HFD装置为计量装置供应尿素的所需压力，以维持适当的流量和压力。阀门站在计量装置的上游维持了足够的化学剂压力，以确保合适的尿素流量。（5）尿素溶液稀释设备尿素溶液稀释设备是利用高流量、高压输送控制把过滤稀释水输送到计量及分配装置。该装置的主要功能是控制供给喷射区的稀释水的压力和流量。该装置包括两个多级离心泵、在线过滤器、压力控制阀及所有的用于就地/远程控制的仪表等。所有部件，除了在线过滤器是铜制外， 均由304或316不锈钢制造。（6）喷射区计量装置喷射区域计量装置用于精确计量和独立控制到锅炉或焚烧炉内每个喷射区的反应剂。该装置采用独立的化学剂流量控制，通过区域压力控制阀与就地PLC控制器的结合，为复杂的应用情况提供所需的高水平的控制。该装置连接并响应来自于机组燃烧控制系统、NOx和氧监视器的控制信号，自动调节反应剂流量，对NOx水平、锅炉负荷、燃料或燃烧方式的变化做出响应，打开或关闭喷射区或控制其流量。每一个区子装置可相互独立地进行运行和控制，该特性允许隔离每个子装置进行维修且不会严重影响工艺性能或总体的NOx还原效果。喷射区计量装置设计供给多至4个独立的区子装置，每个区子装置司服多至14个喷射器。标准的单元包括一个不锈钢基座、主连锁跳闸盘、仪表和雾化空气压力开关及仪用空气调节器。每一个区装置包括：带有就地/远方选择器的就地控制盘、化学剂和水的磁流量表、手动和自动喷射区隔绝阀、化学剂和水的控制阀以及嵌入式静态混合器。（7） BM-HT 送风机装置BM-HT的风机可以为SNCR-HT的喷枪提供携带风。该模块包括2台风机（一用一备），入口滤网、出口压力表和节气阀。风量按照喷枪要求设计，出口压力一般为30”W.C., 功率为20HP。BM-HT风机模块采用碳钢基座，开放框架，完全满足ASME B31.1的要求。尺寸为：2.5m长 x 1.5m宽 x 2m高， 大概重量：700 Kg（8） DM-HT-x墙式喷射器分配装置DM-HT-x墙式喷射器分配装置用于为喷枪提供混合化学剂。分配装置一般安装在靠近喷枪的位置（通常在同一水平面）。计量模块为分配装置提供药剂，分配装置将这些药剂分送给每个喷枪。雾化空气和冷却空气由此一装置注入。它们是为了安装方便已组成好并是及多管型的。模块包括流速和压力显示和压缩空气和化学还原剂量调阀或表。所有管道、阀门、检测元件均布置在单立式的不锈钢底盘上，有多格珊管式组装。完全满足ASME B31.1的要求。（9）喷射组件 尿素溶液喷枪为INJ-HTL HT喷枪。INJ-HTL HT喷枪用于雾化尿素溶液并将其喷入炉膛。HT技术在追求高脱硝效率的同时将氨逃逸降至最低，还原剂的喷入意味着SNCR脱硝反应的开始。HT喷枪采用机械雾化，低动力型，采用风机模块将把雾滴带入锅炉。每个组件包括HT喷枪和相关附件，这些附件包括一个凸轮紧锁式连接件、一个凸轮紧锁塞、两个连接软管、一套快速接头、一个压力计和一个喷嘴。（10）控制系统 控制室的计算机界面系统是一个人机界面(MMI)，它可以在燃料技术公司提供给客户的控制室中作到控制、监视和观察趋势。这一系统应用兼容IBM的操作系统，奔腾芯片的计算机并能