脱硝设备 

SNCR法集成脱硝泵站

SNCR法集成脱硝泵站内部结构

SNCR法集成脱硝泵站使用现场

SNCR法尿素溶液脱硝喷枪

　　一、脱硝背景及意义

　　硝泛指含氮氧化物，主要有N2O、NO、NO2、N2O3等，多以NO、NO2形式存在，简称为NOx。NOx主要来源于生产、生活中所用的煤、石油等燃料燃烧的产物。NOx的危害主要有以下方面：

　　（1）严重影响人类身体健康，NO能与血液中血红蛋白发生反应，降低血红蛋白的输氧能力，严重时可引起组织缺氧，损害中枢神经组织；

　　（2）形成光化学烟雾，NOx与碳氢化合物在阳光照射下产生有毒的烟雾，称之为光化学烟雾；

　　（3）是形成酸雨的重要组成成分，我国酸雨主要分为硫酸，其次是硝酸，硝酸主要来源就是空气中的氮氧化合物；

　　（4）容易演变成PM10和PM2.5，对人体产生危害，据研究近来受民众关注的PM2.5，其中10%为氮氧化物氧化为硝酸根所致；

　　（5）造成臭氧层耗损。

　　煤炭资源在我国一次能源构成中占据主要地位，约占目前已探明矿物质能源资源的90%。从中国历年能源消费总量及构成上看，我国以煤为主的能源生产和消费结构在今后相当长的时间内都不会有根本性的变化。因此，煤燃烧产生的污染物排放是我国大气污染的一个重要组成部分。随着国家对环保要求的不断严格，我国煤炭使用行业迎来了史上最严格的环保标准。因此，NOx的控制和减排已经是煤炭行业的必然选择。

　　二、SNCR脱硝工艺技术简介

　　2.1  SNCR脱硝原理

　　选择性非催化还原（SNCR）脱硝技术，是烟气NOx的末端处理技术，是把含有氨基的还原剂（尿素或氨水）在不使用催化剂的前提下均匀喷入锅炉温度范围为850～1050℃的区域，选择性的把烟气中的NOx还原为N2和H2O，以达到减排NOx的目的。

　　采用氨水作为还原剂的主要化学反应为：

　　4 NO+4 NH3+O2→4 N2+6 H2O

　　4 NH3+2 NO2+O2→3 N2+H2O

　　采用尿素作为还原剂的主要化学反应为：

　　2 CO(NH2)2+4 NO+O2→3 N2+2 CO2+4 H2O

　　6 CO(NH2)2+8 NO2+O2→10 N2+6 CO2+12 H2O

　　本项目采用尿素做为还原剂。

　　2.2  SNCR脱硝技术的优点

　　1. 投资成本低，不使用催化剂，运行成本低，经济优势明显。

　　2. 不需要对锅炉进行结构性改造，建设周期短。

　　3. 对生产工艺无不良影响，改造使用后无需调整其他设备的运行。

　　4. 与SCR相比不产生液体或固体废料。

　　5、比较适合我国现有中小型锅炉改造，脱硝效率约为50%～85%。

　　SNCR技术是已投入运行使用并被证明的非常成熟的烟气脱硝技术，目前在国内中小型锅炉中推广使用，效果很好。更精密更有效的雾化控制模式、更精确的NOx测量技术可以更好地控制脱硝剂的喷入量和混合程度，可获得更高更稳定的脱硝效率。近期国内科研院所、权威部门一致认定， SNCR技术是最适合我国实际情况的成熟可靠的烟气脱硝技术。

　　2.3  SNCR脱硝效率的影响因素

　　（1） 温度范围

　　NOx的还原反应发生在一特定的温度范围内（最佳的反应温度区间850℃～1050℃）。若温度过低，NH3的反应不完全，容易造成NH3逃逸形成二次污染；而温度过高（1400℃以上），NH3则容易被氧化为NOx。可见温度过高或过低都会导致还原剂的损失和NOx脱除率下降。

我公司技术人员到现场实地测量后，根据数据来确定锅炉温度最合适的位置，保证反应在最佳的温度范围内。

    （2） 反应剂和烟气混合的程度

　　还原剂与烟气的混合程度决定了反应的进程和速度，还原剂和烟气在锅炉内是边混合边反应，混合的效果直接决定了脱销效率的高低。SNCR脱硝效率低的主要原因之一就是混合问题，例如，局部的NOx浓度过高，不能被还原剂还原，导致脱硝效率低；局部的NOx浓度过低，还原剂未全部发生还原反应，导致还原剂利用率低还，增加氨逃逸。因此，还原剂与烟气的混合程度的充分与否，直接影响脱硝成果。

　　利用专业公司研制的高效脱硝喷枪，能把还原剂的雾化效果达到最佳化，通过具体确定喷枪数量和安装位置，保证还原剂和烟气达到好的混合效果。

　　（3）溶液停留的时间

　　溶液停留（化学反应）时间：合适的温度范围内反应物在反应器内停留的总时间。在此时间内，NH3或尿素等还原剂与烟气的混合、水的蒸发、还原剂的分解和NOx的还原等步骤须全部完成，一般要求时间为0.5s。而雾化状态的氨在锅炉的停留时间长短取决于锅炉的尺寸、烟气流经锅炉炉膛的速度、溶液雾化状况、雾场与烟气混合的形式等因素。

　　我公司技术人员通过现场数据来确定最佳喷射位置，保证停留时间在要求的范围内。

　　（4） 氨氮比（NSR）

　　即反应中氨基与NO的摩尔比值，按照SNCR反应，还原1mol NO需要1mol氨或0.5mol尿素，但实际中还原剂的量要比这个量大，因为实际反应比较复杂，且气体混合不均匀，要达到较好的脱硝效果就必须增大还原剂量。随着氨氮比的增加脱硝效率增加，氨逃逸也会增加，成本升高，目前锅炉SNCR的经济NSR一般控制在1.2-1.5左右。

　　（5） 其他因素

　　烟气中氧含量、初始NOx的含量， 还原剂类型和状态等都会影响脱硝效率的高低。

　　三、SNCR尿素脱硝站系统方案

　　3.1  技术规范

　　SNCR脱硝主要的原则及技术要求：

　　（1）本项目采用选择性非催化还原烟气脱硝（SNCR）工艺。

　　（2）本项目的还原剂采用尿素。

　　（3） SNCR脱硝系统满足全天24小时连续运行，年运行时间大于8000小时。

　　（4）SNCR脱硝系统使用寿命不低于30年。

　　（5）脱硝装置可用率不低于98%。

　　（6）系统装置先进、安全、可靠、便于运行维护；

　　（7）工艺流程合理、装置布置简洁、美观；

　　（8）烟气脱硝装置的控制系统采用PLC自动控制系统；

　　（9） SNCR设计出口NOx浓度不大于200mg/Nm3。

　　根据我公司长期以来对脱硝行业的深入研究以及多套脱硝系统建设的经验，在锅炉合适的位置喷射还原剂，还原剂可以使用氨水或者尿素，尿素作为还原剂不用考虑太多的安全因素，本套方案以尿素作为还原剂，主体为集成式脱硝站。

　　3.2 工艺过程

　　本工程采用尿素集成脱硝站的形式，该脱硝站是我公司技术部潜心研发的一种脱硝设备组成形式，专门针对小型锅炉使用，具有设备组成合理、占地面积小、易于操作和维护、安装快捷、故障率极低等诸多优势。简单来说，就是将脱硝所用的溶解部分、储存部分、加压混合部分、分流部分等组装在一个钢结构中，达到集成式的特点（见下图），这样安装时只需连接脱硝站上各种外部接口即可，方便简捷。     

　　工艺过程可简化为：由卡车运来的颗粒尿素，储存在厂房内，根据需要在溶解罐内配置浓度为35%的尿素溶液，配置好的尿素溶液经过滤器过滤后由输送泵打入存储罐中储存。为了满足雾场覆盖的需求，需要喷入比较多的还原剂溶液，所以需要将尿素溶液进行一定的稀释，来自尿素储存罐的尿素溶液和厂供的除盐水通过混合泵站经静态混合器均匀混合，稀释到一定的浓度，再输送到喷枪的喷头内，经过喷头雾化后直接喷射到适当位置进行脱硝反应。其中各个设备均设有相关控制器件，以达到自动控制的目的。

　　3.3系统组成

　　我公司设计的集成式脱硝站系统主要包括：尿素溶解系统、储存系统、混合加压分流系统、喷射雾化系统，自动控制系统。其中喷射雾化系统安装在锅炉位置，自动控制系统可统一安装在机房内。

　　3.3.1 尿素溶解系统

　　尿素溶解系统由溶解罐、搅拌器、电加热器、输送泵以及配套的管路阀门、仪器仪表等构成。在溶解罐进行尿素溶液配置，是整个脱硝系统的第一步。固体尿素运来后放于厂房内存储，现场工人根据所需喷洒尿素溶液的浓度进行尿素溶液配制，配制好的溶液经输送泵送入尿素溶液储存罐储存。溶解罐中设有相应的温度计（现场显示和远传）、液位计（现场显示和远传）等检测设备，对溶解罐进行实时数据监测和现场显示，确保设备正常运转。其中溶解罐和管路均设置保温措施。

　　若贵厂能提供热蒸汽或者热水，那可以替换电加热器，减少能源消耗。

　　3.3.2 存储系统

　　该系统主要由尿素溶液存储罐、电加热器、储罐上的液位计（现场显示和远传）和温度计（现场显示和远传）以及相应的管路阀门等组成。溶液配置好后，存放在存储罐中。保证存储罐中的尿素溶液可供系统连续使用3天左右。储存罐中设有相应的温度计、液位计等检测设备，对储存罐进行实时数据监测和现场显示，确保设备正常运转。其中储存罐和管路均设置保温措施，

　　若贵厂能提供热蒸汽或者热水，那可以替换电加热器，减少能源消耗。

　　3.3.3 混合加压计量系统

　　该部分主要由加压计量泵站、混合器、电动调节阀、压力表、压力变送器、流量计和相应的管路阀门等组成。

　　1、混合加压计量泵站由尿素溶液泵和清水泵组成，尿素溶液和清水经过混合器混合后配置成合适喷射浓度的尿素溶液，由加压泵加压后输送到分流部分。其中尿素溶液和清水溶液管路上均设有流量计，流量计能现场显示和远传，通过反馈信号调节尿素泵和清水泵的变频器，保证尿素浓度配置正确。此外，管路上还设有就地压力表和压力变送器，实时检测压力数据，保证压力正常。

　　2、计量调节主要由电动调节阀、流量计、压力表、压力变送器和相关的管路、阀门组成。在线监测将信号数据反馈给调节阀，调节阀根据反馈的氮氧化物数据自动调节开度大小以控制各个锅炉的流量变化，达到将氮氧化物降低到目标值以下的目的，该部分可自动完成。尿素溶液分流后被输送到锅炉位置的喷射雾化系统。

　　3.3.4 喷射雾化系统

　　喷射雾化系统是整个系统的关键部分。该部分分为液路（还原剂路）和气路（压缩空气路），其中液路来源于上部分的分流部分，而气路来源于压缩空气组件。厂区提供的压缩空气首先接到我方的压缩空气组件，经压缩空气组件后接到喷枪部分，压缩空气组件主要由电磁阀、减压阀、电接点压力表和相关管路阀门组成，主要目的是为喷枪提供稳定的压缩空气来完成尿素溶液的雾化。为保证系统的稳定，电接点压力表设有压力下限，当压力不足时能提供报警并中断液路的供应，防止尿素溶液未经雾化直接喷射到炉膛内。

　　FT型高效脱硝喷枪，是脱硝设备的核心部件。喷枪性能和质量，对整个脱硝工程的脱硝率、氨逃逸、运行成本以及使用寿命等起着决定性作用。我公司设计生产的FT型高效脱硝喷枪是省环保部门认定产品，雾化效果良好、脱硝效率高、为用户大幅度降低运行成本，耐高温、耐磨损、耐腐蚀，使用寿命远远超出同类产品，深受广大用户青睐。

　　3.3.5 自动控制系统

　　我公司技术人员，研发的脱硝专用自动控制系统由工程师站、现场控制柜和计量监测仪表组成，控制系统是整个系统的核心。“计算机+PLC”的人机对话界面，操作简单方便。控制系统根据采集的相关信号，控制、调节各个设备的运行，实现高效脱硝。也可根据客户要求使用DCS中控控制。

　　控制系统核心元器件采用ABB变频器、西门子PLC、施耐德继电器等产品，操控简洁方便，回应迅速，反应灵敏，外围器件采用施耐德等知名品牌电气设备，质量可靠，性能稳定，安全性高。

　　控制方式有现场自动控制、现场手动控制、中控自动控制、中控手动控制，既可以在现场无人的情况下完成对整个系统的操作，又可以在现场对所有的设备进行操控，方便各个工况下的使用要求，系统设有必要的报警，有液位报警、流量报警、变频故障报警、压力报警、空气中氨气含量超标报警、氮氧化物含量异常报警、氨逃逸超标报警，所有的报警信号在系统任何一个设备或模块出现故障时提供及时的警示，避免造成大的影响，保证系统能够安全稳定长期的运行。