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SNCR-SCR联合脱硝工艺的工程应用

在燃煤锅炉产生的氮氧化物（NOx）中，绝大部分为一氧化氮（NO），其毒性不是很大，但是在大气中易被氧化成二氧化氮（NO2）。二氧化氮比较稳定，其毒性是一氧化氮的4~5倍，空气中二氧化氮的体积分数达到(20~50)×10-6时，就会对人体器官产生强烈的刺激。此外，氮氧化物还是化学烟雾和酸雨形成的重要贡献者。
随着我国工业的不断发展，能源消耗也不断提高，氮氧化物的排放量也随之快速增长。若不采取有效控制措施，将使我国大气污染的性质发生根本性的变化，从而导致一系列的城市和区域环境问题，对人体健康和生态环境构成威胁。我国是一个煤炭大国，目前集中供热热源还是以燃煤锅炉房、燃煤热电厂为主，燃烧产物中氮氧化物的含量较高，必须采取有效的脱硝措施。本文对选择性非催化还原脱硝-选择性催化还原脱硝联合脱硝工艺的工程应用进行探讨。
1脱硝工艺的特点
表1各种脱硝工艺的特点
液体吸收法主要包括水吸收法、酸性吸收法、碱中和吸收法等，我国化工行业废气处理常采用这种方法，对于以一氧化氮排放为主的燃煤烟气处理不太适合。虽然微生物法具有工艺设备简单、能耗和处理费用低、效率高、无二次污染等优点，但目前仍处于研究阶段，工业应用还鲜有报道。
活性炭吸附法不仅可吸附烟气中的氮氧化物，对二氧化硫也有较强的吸附作用，但该工艺对二氧化硫脱除反应优先于氮氧化物，且系统比较复杂，活性炭再生频繁。电子束法为干法处理过程，不产生废水废渣，能同时实现脱硫脱硝，效率较高，但设备造价高，电子加速器维护难度高，副产品市场价值不高。
SCR脱硝工艺凭借技术成熟、脱硝效率高的优势，已成为火力发电厂脱硝的主流工艺。在SNCR脱硝工艺低运行费用特点的基础上，SNCR-SCR联合脱硝工艺综合了SCR脱硝工艺高脱硝效率及低氨溢出率的特点，使得SNCR-SCR联合脱硝工艺具有较高的脱硝效率、较低的运行费用及适中的造价的特点。
2、SNCR-SCR联合脱硝工艺机理
SNCR脱硝工艺是把还原剂（氨、尿素，当尿素作为还原剂时，在炉膛内需经热分解得到氨）喷入炉膛温度800~1100℃的区域，还原剂与烟气中的氮氧化物进行非催化还原反应。该工艺以炉膛为反应器，通过对炉膛进行改造实现。SNCR脱硝工艺的反应物储存和操作与SCR脱硝工艺相似，但前者需要的还原剂量比后者多。SCR脱硝工艺是指在金属催化剂的作用下，采用氨把烟气中的氮氧化物还原成N2、H2O。
3工程应用
3.1工程概况
某燃煤锅炉房设计规模为2台热功率为116MW的链条炉排热水锅炉、2台蒸发量为100t/h的链条炉排蒸汽锅炉，燃煤低位发热量为22.11MJ/kg，燃煤中氮的质量分数为0.7%，当地环保部门要求烟气中氮氧化物质量分数不得大于200mg/m3。本文以其中1台100t/h链条炉排蒸汽锅炉为例，介绍烟气脱硝方案。
3.2氮氧化物排放量计算
经计算得到，锅炉烟气一氧化氮的排放量为28099.4mg/s。锅炉最大连续蒸发量工况下，锅炉烟气排放量为21×104m3/h，可计算得到，烟气中一氧化氮质量浓度为481.7mg/m3，比环保部门要求的200mg/m3高出281.7mg/m3。因此，脱硝装置要求的最低脱硝效率为58.5%。
3.3催化剂与还原剂的选择
①化剂
用于SCR脱硝工艺的催化剂有贵金属催化剂和普通金属催化剂，由于贵金属催化剂易与硫发生反应，而且价格昂贵，因此工程中极少采用；普通金属催化剂的效率要稍微低一些，要求烟气有较高的温度（300~420℃）。考虑实际应用，该工程采用普通金属催化剂（V2O5-TiO2）。在V2O5-TiO2催化剂中，V2O5是最重要的活性成分，具有较高的脱硝效率，但同时也促进SO2向SO3转化，TiO2具有较高的活性和抵抗SO2的性能，作为催化剂载体。
②还原剂
表2液氨、氨水及尿素的技术经济性比较
通过罐车采用气力输送的方式将尿素送入料仓内储存，干尿素从料仓卸料进入溶解罐。为了保证尿素的溶解度，在溶解罐上安装搅拌和伴热设备。尿素溶液经溶液泵送至炉膛喷射口，高压尿素溶液再经过压缩空气引射、雾化后喷入炉膛中800~1100℃的空间内，尿素溶液在此进行热分解，热分解出来的氨与烟气中的氮氧化物进行还原反应。
3.4脱硝系统设计
①系统流程
图1SNCR-SCR联合脱硝工艺的系统流程
②空气预热器设计
在烟气脱硝过程中，总会有部分的氨发生逃逸，而烟气中的SO2在富裕O2的作用下少部分会被氧化成为SO3（V2O5也促进SO2向SO3转化），逃逸的氨与烟气中的SO3发生反应，生成硫酸氢铵和硫酸铵，低温时发生酸性腐蚀。
3.5环境效益
该工程采用的SNCR-SCR联合脱硝工艺的设计脱硫效率为80%，考虑烟气参数波动以及催化剂老化的影响，实际运行效率约75%。烟气经过脱硝处理后，尾部烟气中的氮氧化物质量浓度为120.4mg/m3，低于当地环保部门对烟气中氮氧化物质量浓度上限的要求。
4结语
火力发电厂等大型企业是最早配套建设烟气脱硝系统的，但燃煤锅炉房与火力发电厂等大型企业有着不同的运行模式和特点，而且不同的脱硝工艺也有自身的特点。在实际工程应用中，不能照搬火力发电厂的建设模式，应综合考虑脱硝效率、系统造价、运行成本等多种因素。
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