中小型企業(yè)SNCR氨水脫硝技術(shù)探討

1、PAGE PAGE - 11 -中小型企業(yè)SNCR氨水脫硝技術(shù)探討山西省晉城市是京津冀大氣污染傳輸通道“2+26”城市之一，近年來隨著環(huán)境治理力度的加大，生態(tài)環(huán)境部相繼出臺了方案，對企業(yè)的污染物排放標準控制要求不斷提高，如環(huán)境保護部公告2022年第9號關(guān)于京津冀大氣污染傳輸通道城市執(zhí)行大氣污染物特別排放限值的公告要求“對于國家排放標準中已規(guī)定大氣污染物特別排放限值的行業(yè)以及鍋爐，自2022年3月1日起，新受理環(huán)評的建設項目執(zhí)行大氣污染物特別排放限值”；生態(tài)環(huán)境部辦公廳2022年9月21日印發(fā)的京津冀及周邊地區(qū)2022-2022年秋冬季大氣污染綜合治理攻堅行動方案中也提出更嚴格的排放標準要求:“

2、加快推進燃氣鍋爐低氮改造，原則上改造后氮氧化物排放濃度不高于50 毫克/立方米”、“已有行業(yè)排放標準的工業(yè)爐窯，嚴格執(zhí)行行業(yè)排放標準相關(guān)規(guī)定。暫未制訂行業(yè)排放標準的其他工業(yè)爐窯，按照顆粒物、二氧化硫、氮氧化物排放限值分別不高于30、200、300 毫克/立方米執(zhí)行；鼓勵各地制定更為嚴格的地方排放標準”等等，表1列出了目前晉城地區(qū)鍋爐及工業(yè)爐窯執(zhí)行的排放標準限值。表1 京津冀及周邊地區(qū)現(xiàn)行氮氧化物排放標準單位：mg/m3污染源類型限值執(zhí)行標準燃煤鍋爐200 GB13271-2022鍋爐大氣污染物排放標準特別排放限值燃氣鍋爐50京津冀及周邊地區(qū)2022-2022年秋冬季大氣污染綜合治理攻堅行動方案

3、工業(yè)爐窯300京津冀及周邊地區(qū)2022-2022年秋冬季大氣污染綜合治理攻堅行動方案電廠燃煤鍋爐100 GB132232022火電廠大氣污染物排放標準特別排放限值水泥窯 320 GB4915-2022水泥工業(yè)大氣污染物排放標準特別排放限值為滿足新形勢下的排放標準要求，當?shù)仄髽I(yè)現(xiàn)有的鍋爐、工業(yè)爐窯很多都需要新建脫硝裝置，才能滿足氮氧化物排放限值的要求。而另一方面，作為晉城市重要支柱產(chǎn)業(yè)的氮肥企業(yè)，在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量的稀氨水，為實現(xiàn)工藝廢水零排放，稀氨水回收成本較高，而過剩的稀氨水如果排放掉,又會對環(huán)境產(chǎn)生NH3-N污染。本文將重點介紹利用氮肥企業(yè)過剩稀氨水作為還原劑的脫硝工藝在中小型企業(yè)爐窯改

4、造中的應用。1 脫硝工藝選擇氮氧化物（NOx）的防治主要從兩個方面進行：NOx的產(chǎn)生過程中源頭控制和尾氣排放末端治理。源頭控制目前主要是采用低氮燃燒技術(shù)控制燃燒過程中NOx的生成，末端治理是指從煙氣中去除NOx，目前在國內(nèi)應用較廣泛的脫硝工藝有選擇性非催化還原脫硝(SNCR)、選擇性催化還原脫硝(SCR)等。2種脫硝工藝的工藝特性及技術(shù)經(jīng)濟性比較見表2。表2 SNCR與SCR脫硝工藝特性、技術(shù)經(jīng)濟性對比項目 工藝方法 SNCRSCR 還原劑 尿素或NH3NH3或尿素反應溫度/8701100250427催化劑及其成分不使用催化劑主要為TiO2，V2O5-WO3脫硝效率/%3050 7090氨氮比

5、1.21.5 0.81.0SO2氧化 不導致SO2氧化 催化劑中的V、Mn、Fe等多種金屬會對SO2的氧化起催化作用NH3逃逸/ppm 51035對空氣預熱器影響造成堵塞或腐蝕的機會較SCR低 NH3與SO3易形成NH4HSO4，造成堵塞或腐蝕系統(tǒng)壓力損失無壓力損失 催化劑會造成較大的壓力損失鍋爐的影響受爐膛內(nèi)煙氣流速、溫度分布及NOx分布的影響受省煤器及出口煙氣溫度的影響占地空間 小，無需增加催化劑反應器較大，需增加催化劑反應器和供氨或尿素系統(tǒng)投資成本（元/kw） 507060200運行成本（分/kw.h）0.50.52由上表可以看出，SNCR占地面積較小，無需增加催化劑反應器，成本較低，對

6、鍋爐運行幾乎無影響。SNCR的脫硝效率沒有SCR技術(shù)的脫硝效率高，但是相對于SCR技術(shù)，具有以下優(yōu)點：(1)系統(tǒng)簡單：不需要改變鍋爐的設備裝置，僅需加裝氨或者尿素儲槽、脫硝噴槍裝置和噴射口即可，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較簡單。（2）投資少：由于系統(tǒng)簡單以及運行中不需要昂貴的催化劑，其投資費用比SCR法低。（3）阻力?。簩﹀仩t的正常運行影響較小。（4）占地面積?。盒枰妮^小的氨或尿素儲槽，可放置于鍋爐鋼架之上而不需要額外的占地預算。（5）使用性強：SNCR技術(shù)更符合我國目前中小型企業(yè)的爐窯改造，是一種成熟的低成本脫硝技術(shù)，在實際應用中較廣泛。在達到30-50%脫硝效率的同時，還能節(jié)約使用成本。因此，在當前形勢

7、下，對于資金緊缺的中小型企業(yè)來說，SNCR是優(yōu)先考慮選用的一種脫硝工藝。該法投資較SCR法小，是已投入商業(yè)運行的比較成熟的煙氣脫硝技術(shù)，建設周期短、投資少、脫硝效率中等，比較適合中小型企業(yè)改造項目。2 脫硝還原劑選擇目前SNCR脫硝工藝所使用的還原劑氨的形態(tài)，主要可分為液氨、氨水和尿素3種。常用還原劑有尿素、液氨、氨水等，因為氨在常溫常壓下為氣態(tài)，液氨必須在加壓條件下進行運輸或貯存，存在較大環(huán)境風險，且中小企業(yè)風險管理水平較低，不宜采用液氨作為還原劑。因此相比較于危險品液氨，氨水在存儲和運輸?shù)陌踩苑矫婢邆涓蟮膬?yōu)勢。根據(jù)有關(guān)資料，由于尿素無法直接與煙氣中的氮氧化物發(fā)生反應，需要分解才能反應，

8、所以尿素作還原劑的反應比較慢，效率比氨水的要差。SNCR系統(tǒng)中，以尿素作為還原劑，在氨氮摩爾比(Normalized Stoichiometric Ratio，簡稱NSR)為1的時候，氮氧化物脫除效率為25%40%；在NSR為1.5的時候，氮氧化物脫除效率為3855%。要達到更高的效率，就要提高氨氮比，這樣氨的逃逸率也隨之增加。以氨水作為還原劑，在NSR為1的時候，氮氧化合物的脫除效率為4870%；在NSR為1.5的時候，氮氧化物的脫除效率更高，在同等的氨氮摩爾比的條件下，氨水作為還原劑的效率比尿素作為還原劑的效率要高15%20%。因此，在氮肥企業(yè)分布集中的地區(qū)，稀氨水來源廣泛，運輸距離短，利

9、用氨水作為煙氣脫硝劑，既經(jīng)濟方便，又解決了合成氨企業(yè)生產(chǎn)中低濃度氨水的回收利用途徑，適合于在此類地區(qū)推廣。因此對大多數(shù)投資少的中小企業(yè)來說，優(yōu)先考慮采用此種脫硝技術(shù)，即以稀氨水作為脫硝劑的選擇性非催化還原法脫硝（SNCR）。下面將著重分析該方法脫硝的原理及實際設計中常遇到的問題。3 SNCR氨水脫硝機理SNCR脫除NOx技術(shù)是把含有NHx基的還原劑(如氨水等)噴入爐膛溫度為8701100的區(qū)域，該還原劑迅速熱分解釋放出NH3，然后與煙氣中的NOx進行SNCR反應而生成N2。與SCR法相比，SCNR法除不用催化劑外，基本原理和化學反應基本相同。采用NH3作為還原劑，在溫度為8701100的范圍內(nèi)

10、，還原NOx的化學反應方程式主要為：4NH3+4NO+O24N2+6H2O（41）4NH3+2NO2+O23N2+6H2O（42）實際上，大部分燃燒過程排出的尾氣中大約90%-95%的NOx是以NO形式存在。氨水SNCR脫硝工藝過程如圖1所示，氨水罐車送來質(zhì)量濃度20%-25%的氨水，用卸氨泵或者罐車自帶泵打到氨水儲罐，氨水儲罐儲存的氨水可供鍋爐至少連續(xù)運行5-7天，為了滿足霧場覆蓋的需求，需要噴入比較多的還原劑溶液，所以噴射前需要將氨水進行一定的稀釋，來自氨水罐的氨水和來自清水罐的清水通過混合泵加壓后再經(jīng)靜態(tài)混合器（或混合罐）均勻混合，氨水被稀釋成8%-15%的濃度，然后再經(jīng)過管路送到噴槍，

11、氨水經(jīng)過噴槍的霧化后噴射到爐窯的合適溫度位置進行脫氮氧化物反應。4 影響SNCR脫硝效率的因素SNCR系統(tǒng)下，影響NOx還原效率的參數(shù)主要包括反應溫度、還原劑和煙氣的混合程度、停留時間、氨氮比、NOx排放濃度、還原劑類型等。4.1 反應溫度SNCR最佳的反應溫度區(qū)間8701100。當煙氣溫度大于1050時，氨就會開始被氧化成NOx，到1100，氧化速度會明顯加快，一方面，降低了脫硝效率，另外一方面，增加了還原劑的用量和成本。當煙氣溫度低于870時，脫硝的反應速度大幅降低。可見，爐膛上溫度窗口的選擇較為重要，溫度過高或過低都會導致還原劑的損失和NOx脫除率下降。圖2示出了一個以氨為還原劑SNCR

12、工藝的中試裝置的NOx脫除曲線。4.2 反應劑和煙氣混合的程度還原劑與煙氣的混合程度決定了反應的進程和速度，還原劑和煙氣在爐窯內(nèi)是邊混合邊反應，混合的效果直接決定了脫硝效率的高低。SNCR脫硝效率低的主要原因之一就是混合問題，例如，局部的NOx濃度過高，不能被還原劑還原，導致脫硝效率低；局部的NOx濃度過低，還原劑未全部發(fā)生還原反應，導致還原劑利用率低還，還增加氨逃逸。因此，還原劑與煙氣的混合程度的充分與否，直接影響脫硝成果。4.3 還原劑停留的時間在合適的溫度范圍內(nèi)必須保證還原劑在煙氣中有足夠的停留時間。在相同條件下，較長的還原劑停留時間，脫硝效果更好，一般要求時間為0.30.5s。而霧化狀

13、態(tài)的氨在爐窯的停留時間長短取決于爐窯的尺寸、煙氣流經(jīng)煙道的速度、溶液霧化狀況、霧場與煙氣混合的形式等因素。4.4 氨氮比（NSR）即反應中氨基與NOx的摩爾比值。按照SNCR反應,還原1mol NO需要 1mol氨,但實際中還原劑的量要比這個量大,但隨著氨氮比的增加脫硝效率增加，氨逃逸也會增加，成本升高，目前鍋爐SNCR的經(jīng)濟NSR一般控制在1.2-1.5左右。4.5 其他因素另外，煙氣中氧含量、初始NOx的含量，還原劑類型和狀態(tài)等都會影響脫硝效率的高低。在實際應用中，考慮到NH3損耗和泄漏等問題，SNCR脫硝效率約為30%50%。5 控制脫硝氨逃逸的技術(shù)措施在脫硝過程中，由于氨具有很強的揮發(fā)

14、性，未完全反應的氨氣隨著煙氣排向空氣中，產(chǎn)生逃逸氨廢氣。企業(yè)可通過在煙囪出口安裝一套NH3在線分析儀。一旦氨逃逸分析儀反饋來的數(shù)值超過設定值，控制系統(tǒng)將自動調(diào)節(jié)還原劑分配模塊的控制部分，降低噴氨量；并適當調(diào)整氨水的噴槍分配，進而改善氨和煙氣的混合效果輔助手段進行調(diào)節(jié)等，使氨逃逸速率低于8mg/Nm3。同時可在氨水罐的氨水液面上覆蓋一層機油，可防止氨水分解放出氨氣，減少在儲存過程中有氨氣呈無組織狀態(tài)排放。卸車時通過專用的卸料管將氨水從罐底卸入罐內(nèi)，嚴格控制卸車、輸送過程中因跑、冒、滴、漏產(chǎn)生的無組織NH3排放。6 氨水消耗量計算以晉城市某企業(yè)SZL6-1.25-W蒸汽鍋爐為例計算，燃料為沁水煤田

15、3#煤層的優(yōu)質(zhì)低硫無煙煤，根據(jù)該廠環(huán)保驗收監(jiān)測報告，煙氣量為11147Nm3/h，NOX排放濃度242mg/Nm3(NO占92.5%，NO2占7.5%)，目前未采取脫硝措施，計劃采用SNCR進行煙氣脫硝，脫硝劑采用=25%氨水（項目所在地為山西省晉城市，氮肥制造業(yè)為當?shù)刂еa(chǎn)業(yè)之一，稀氨水來源有保障），脫硝效率=40%，SNCR脫硝系統(tǒng)氨逃逸濃度按8mg/m3考慮，擬采用的SNCR脫硝系統(tǒng)的氨水用量約為2.876kg/h，理論氨氮比為1.21，按脫硝效率平均40%計算，改造后NOX排放濃度降至145.2mg/Nm3，能夠滿足GB13271-2022鍋爐大氣污染物排放標準中燃煤鍋爐NOX特別排放限值200mg/m3的要求。該計算方法可供環(huán)評工在實際工作中參考使用。7 結(jié)語選擇氮氧化物排放的控制技術(shù)，是一項系統(tǒng)工程，必須按照國家及地方的政策、法規(guī)、標準和各地自身特點，系