锅炉脱硝系统工艺介绍

4.3.1、脱销系统概述

（1）炉内脱硝（SNCR）概述

    选择性非催化还原法脱硝工艺（以下称SNCR），是在没有催化剂存在条件下，利用还原剂将烟气中的氮氧化物还原为无害的氮气和水的一种脱硝方法。该方法首先将含有氨基的还原剂喷入炉膛内适合的温度区域。高温下，还原剂迅速分解为氨并于烟气中的氮氧化物进行还原反应生成氮气和水。还原剂是20%的氨水。

（2）脱硝（SCR）概述

    选择性催化剂还原（SCR）技术是在烟气中加入还原剂（常用的是氨和氨水），在催化剂和合适的温度等条件下，还原剂与烟气中的氮氧化物（NOx）反应，而不与烟气中的氧进行氧化反应，生成无害的氮气和水，主要反应如下：

4NO + 4NH3 + O2 → 4N2 + 6H2O

NO + NO2 + 2NH3 → 2N2 + 3H2O

6NO2 + 8NH3  → 7N2 + 12H2O

在没有催化剂的情况下，上述化学反应只是在很窄的温度范围内（800～1250℃）进行。SCR技术采用催化剂，催化作用使反应活化能降低，反应可在更低的温度条件（320～420℃）下或者更低地的温度条件下（200～320℃）进行。对SCR系统的制约因素随运行环境和工艺过程而变化。制约因素包括系统压降、烟道尺寸、空间、烟气微粒含量、氨逃逸浓度限制、SO2氧化率、温度和NOx浓度，都影响催化剂寿命和系统的设计。除温度外，NOx、NH3浓度、过量氧和停留时间也对反应过程有一定影响。

SCR系统一般由氨或氨水的储存系统、（氨水转化为氨系统）、氨与空气混合系统、氨气喷入系统、反应器系统、检测控制系统等组成。SCR脱硝反应器在锅炉尾部一般有三种不同的布置方式，高尘布置、低尘布置和尾部布置，图1为目前广泛采用的高尘布置SCR烟气脱硝系统工艺流程图。

对于一般燃煤或燃油锅炉，SCR反应器多选择安装于锅炉省煤器与空气预热器之间，因为此区间的烟气温度刚好适合SCR脱硝还原反应，氨被喷射于省煤器与SCR反应器间烟道内的适当位置，使其与烟气充分混合后在反应器内与氮氧化物反应，SCR系统商业运行的脱硝效率约为80%～90%。

（3）SNCR/SCR混合烟气脱硝技术

SNCR/SCR混合技术是SNCR工艺的还原剂喷入炉膛技术同SCR工艺利用末反应氨进行催化反应结合起来，或利用SNCR和SCR还原剂需求量不同，分别分配还原剂喷入SNCR系统和SCR系统的工艺有机结合起来，达到所需的脱硝效果，它是把SNCR工艺的低费用特点同SCR工艺的高脱硝率进行有效结合的一种扬长避短的混合工艺。SNCR/SCR混合工艺的脱硝效率可达到60～90%，氨的逃逸小于4mg/Nm3。图2为典型的SNCR/SCR混合烟气脱硝工艺流程

4.3.2、脱硝方案选择

本项目为1台10吨生物质燃气锅炉脱硝项目，原始NOx排放浓度约为250mg/Nm3。为满足最新实施的NOx排放要求，同时考虑到脱硝的经济性，推荐采用SNCR/SCR混合法脱硝工艺，脱硝后NOx排放浓度低于50mg/Nm3，实现达标排放。SNCR/SCR混合法脱硝工艺优点如下：

（1）脱硝效率可达80%以上，确保NOx达标排放；

（2）脱硝系统运行灵活，调整余地大；

（3）投资省；

（4）占地小；

（5）对窑炉的运行影响较小；

（6）运行维护方便。

SNCR+SCR方案设计

（一）窑炉SNCR+SCR总体方案设计

燃气窑炉生成的NOx主要由NO、NO2及微量N2O组成，其中NO含量超过90%，NO2约占5~10%，N2O只占1%左右。我方设计的脱硝系统由7个模块组成：氨水溶液制备储存模块、计量分配模块、喷射模块、SCR反应模块、控制模块。

本工程采用20%浓度的氨水溶液，储存在氨水溶液储罐中，通过计量定量喷入窑炉的窑尾烟室内或者SCR催化剂前烟道。

（二）氨水溶液制备储存模块

（1）氨水溶液储罐

氨水溶液经由1台氨水溶液给料泵进入氨水溶液储罐。设置1个氨水溶液储罐，罐的容积满足10天的用量（20%浓度氨水溶液）要求，储罐的容积为15m3。采用304不锈钢制造，储罐为立式平底结构，装有液位计等测量设备，装有人孔、梯子及通风孔等。储罐室内布置，并将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。

（2）溶液给料泵

氨水溶液给料泵采用2台多级离心泵（1用1备），系统设有电磁流量计和压力变送器等设备。

（三）计量与分配模块

设置1套计量分配模块，分别喷入旋窑窑尾沉降室和SCR催化剂前烟道。

由在线稀释模块输送过来的低浓度的氨水溶液分别进入炉前的氨水溶液计量分配模块和SCR催化剂前烟道的氨水溶液计量分配模块。计量分配模块中安装有电磁流量计、压力变送器等，通过流量计的读数来控制调节阀的开度，从而控制每台窑炉需要的氨水溶液的流量。经过计量后的氨水溶液在由模块中的分配母管分为2~4路，分别通向2~4支喷枪。在每个支路氨水溶液管上安装有调节阀、压力表等装置，用于调整每支喷枪所需的氨水溶液的流量。

（四）喷射模块

由计量分配模块输送过来的氨水溶液进入炉前的喷枪，经过喷枪的雾化后送入窑尾沉降室或烟道。

雾化用的喷枪采用二流体喷枪，二流体喷枪主要由枪体和喷嘴组成，枪体分为内管和外管两个部分，溶液走内管，压缩空气走外管，压缩空气在外管中呈螺旋装前进，在喷嘴出口处呈涡流装高速喷出与溶液充分混合，通过调节压缩空气用量与氨水溶液用量的比例使之达到完全雾化的效果。

（五）雾化气体的选用

雾化介质的作用是加强氨水溶液与炉内烟气混合，充分混合有利于保证脱硝效果、提高氨水溶液利用率减少尾部氨残余。雾化介质主要是提高还原剂喷射速度、增加喷射动量，而不要求把氨水溶液全部雾化成很小的液滴，而是一定比例的不同尺寸液滴。小液滴在喷入口炉壁附近的低温区就挥发反应，而大液滴则可以深入炉膛才析出反应。

雾化介质的主要作用是提高液滴的喷射动量。喷射动量取决于喷射速度和喷射物的质量，显然靠增加雾化介质的用量来提高喷射动量是不经济的。为了提高喷射动量，则主要集中在提高喷射速度上。

本项目的雾化介质可采用压缩空气，到喷射器前的压力应在0.5～0.7MPa。压缩空气的参数要求详见下表：

（六）冷却风及催化剂安装位置

喷枪一旦装上，只要不停炉，需持续向喷枪外套管内通如冷却风，以保护喷枪。SCR催化剂根据现场实际情况再定确切位置。