SNCR脱硝工程还原剂和循环流化床喷枪比较研究

第一篇：SNCR脱硝工程还原剂和循环流化床喷枪比较研究

摘 要：电力企业在进行sncr脱硝工程过程中可以选择的还原剂有多种，而这也需根据各种还原剂的特性及经济情况进行合理的选定。基于对脱硝还原剂相关理念的概述，综合探讨了脱硝还原剂的类别，并给出了脱销还原剂在使用过程中，相关设备的操作要点。

关键词：脱硝；还原剂；类别；设备

中图分类号：tb 文献标识码：a 文章编号：16723198（2012）14019202

就实际运用而言，脱硝的还原剂一般都是含氮的物质，包括氨、尿素、各种铵盐（醋酸铵、碳酸氢铵、氯化铵、草酸铵、柠檬酸铵等），其它的氮还原剂如异氰酸和联氨也有被应用。现在国内外对脱硝还原剂的研究主要集中在氨（包括各种铵盐）、尿素和异氰酸等三种。研究的结果表明，对于这三类的脱硝还原剂，其化学反应原理上是有差异的。目前，以氨和尿素的使用最为广泛，氨作为脱硝还原剂，是最早的一种脱硝还原剂。但后来美国电力研究院发展出使用尿素作为还原剂的脱硝技术，使用得比氨更加广泛，而且应用在更大型的锅炉机组上面。sncr脱硝工程还原剂的比较研究

首先是氨。氨，或者叫液氨，阿摩尼亚，分子式nh3。气氨相对密度0.588，液氨相对密度0.617，沸点-33.33℃。氨有特异的刺激性气味，容易溶于水。高毒，对皮肤、黏膜和眼睛有腐蚀性。可燃，爆炸极限为16％～25％。必须储存于阴凉、通风良好的专用库房。且远离热源、火源，与其它化学物品隔离储运，设备都要接地线。大量储存需要在建设、消防有关部门登记，获得许可。氨是重要的化工原料，也是重要的化肥生产原料。其中氮含量达到82％，是价格最低的化肥，当然也就是最廉价的脱硝还原剂。

除了价格上的优势，其作为脱硝还原剂使用的优点是作为气体喷入炉膛，其还原反应原理如下。它不会造成炉内受热面湿壁、腐蚀，对炉内温度场、速度场的影响也最小。而储存则作为液氨的形式储存，储罐容积小。缺点是氨气有毒、可燃、可爆，储存和使用的安全防护要求高。储存需要特制的高压储罐，输运管道也需要特别处理：蒸发吸热、溶解放热都会对管道造成一定的损害，一般需要加热设备且防水（解永刚，程慧，2010）。但由于氨气喷入高温炉膛内动量较小，一般很难跟烟气充分混合，所以脱硝一般不选择液氨或氨气直接喷入炉膛。

其次是氨水。氨水，即氨的水溶液，又称氢氧化铵，分子式nh3·h2o。常温下溶解度为29％，工业用氨水通常为20％或25％浓度，氨气容易挥发逸出，有强烈的氨的刺激性气味。腐蚀性强，对铜及其各种合金的腐蚀性最强，对铁、水泥及木材亦有一定的腐蚀性。氨水又一定的毒性，因此，储运、使用时有一定的操作安全要求，但安全性要求比液氨来说要小的多。储存、输送和处理都比液氨简单，这个是它的优点。缺点是由于含有大量的稀释水，储存、输送系统比氨系统要庞大；而喷射刚性、穿透能力比氨气喷射好。但在挥发性上仍然比尿素溶液大，应用在墙式喷射器的时候仍然难以深入炉膛深处，因此也限制了其在大型锅炉上的应用。氨水的还原no的化学原理与液氨相同，氨水的脱硝反应温度窗口比尿素偏低50～100℃左右，在低温区有较好的效果。

最后是尿素。尿素，学名为碳酰二胺，分子式（nh2）2co，分子量60.06。纯净的尿素无色无味的针状或棱柱状晶体，吸湿性强。尿素中的含氮量为46.6％，是含氮量最高的固体化肥。一般的工业农业用尿素的含氮量在46％以上。在20℃时尿素的饱和溶液的相对密度为1.146 g/cm3，固体时为1.335 g/cm3。20℃下的热容为1.334j/g/ ℃。常压下熔点为132.6℃，超过熔点则分解。常温时，尿素在水中缓慢水解，最初转化为甲铵，然后形成碳酸铵，最后分解成氨和二氧化碳，随温度升高，水解加快，但在60℃以下，尿素在酸性、中性和碱性溶液中不发生水解。尿素溶液在大型锅炉脱硝系统上的应用比氨普遍，作为no还原介质有以下几点优势：第一是尿素无味，无毒性，腐蚀性弱，不会燃烧和爆炸，运输、存储、使用都比较简单安全；第二是尿素溶液的挥发性比氨水小，对大型炉膛的穿透性好，混合程度也比较高。因此，在大型的锅炉设备的脱硝系统上的应用比氨普遍；第三是尿素的合适温度范围是900～1150℃，比氨水高50～100℃左右。

干尿素颗粒是没有腐蚀性的，但尿素溶液就不同了。尿素溶液中含有co（nh2）

2、nh3、co2、nh4+、coonh2-、co32-、hco3-等离子，其离子浓度随溶液质量浓度、温度的不同而不同，表现出的腐蚀性也不同。甲铵液对大多数金属有强烈腐蚀作用，特别是甲铵生成和分解时。尿素腐蚀实际上可以认为是甲铵的腐蚀，其中包括中间产物氰酸和氰酸铵。总体看来，尿素溶液中co2、nh3以及尿素本身的腐蚀性都很弱，而尿素水解的中间产物尿素-甲铵溶液的腐蚀性却很强，是造成金属腐蚀的主要原因。

在初投资方面，尿素系统需要有尿素溶解系统，因此初投资比氨水系统高10%左右；从运行费用方案考虑，锅炉采用尿素作为还原剂系统比采用氨水作还原剂系统运行费要高10%左右。循环流化床喷枪的比较研究

首先，喷枪结构及工作原理。一种为传统的压缩空气气力雾化喷枪，一种为循环流化床锅炉脱硝设计的机械雾化喷枪。

下文主要介绍机械雾化喷枪，喷枪结构主要由如下及部分组成：还原剂通道、雾化风通道、机械雾化喷嘴、快速接头等组成。喷枪各部件均采用不锈钢材料制造，机械雾化喷嘴多采用进口316l不锈钢制作。

机械雾化喷枪安装时装在炉墙上预埋的套管内，套管与炉墙平齐，喷枪通过法兰固定在套管上，安装时喷枪外管与预埋套管平齐，喷枪喷嘴装配时与喷枪外管向炉外缩数毫米。喷枪尾部两接口通过快速接头分别接还原剂和雾化风。锅炉和脱硝系统运行时，还原剂由还原剂通道进入机械雾化喷嘴，经机械雾化成合适细度雾滴喷射进入反应区，锅炉运行时雾化风常开，雾化风的作用见下面详细描述。

其次，雾化风的作用。第一是防止喷嘴快速磨损。循环流化床内烟气的含尘量远高于煤粉锅炉，旋风分离器入口水平通道内烟速一般可达25m/s。因此，传统的气力雾化喷枪在这种环境下面临快速磨损的问题。脱硝喷枪的雾化风套管安装在炉墙内，防止喷嘴受到烟气的直接冲刷。高速雾化风包围着喷嘴随机械雾化后的还原剂溶液一起喷出，在烟气和喷嘴之间起到隔绝作用，防止炉内气流受到扰动时烟气携带颗粒直接冲刷喷嘴，保护喷嘴不受磨损。第二是增加还原剂穿透度。还原剂和烟气的混合程度是脱硝技术的关键因素之一。高速雾化风的增加可以携带着机械雾化后的还原剂溶液，深度穿透至烟气中，从而增加了还原剂与烟气的混合程度，为保证脱硝率奠定了基础。第三是增加还原剂雾化细度。还原剂的雾化细度也直接影响的脱硝率，在其他条件同等的情况下，还原剂雾化细度越细，还原剂表面积越大，与烟气中的nox的接触面积越大，从而增加了脱硝率。第四是防止锅炉受热面腐蚀。传统喷枪在开始喷射或者结束喷射的间歇，存在还原剂液滴直接滴落到水冷壁壁面上的造成水冷壁腐蚀的风险。因此，具体使用过程中喷枪的高速雾化风包围着喷嘴，即使在刚开始喷射或者结束喷射有液滴滴落，也可将其携带进入炉内，避免了腐蚀水冷壁的风险。第五是防止喷枪枪体与套管之间堵灰。传统的喷枪安装在墙体上，套管与枪体之间极易堵灰，导致喷枪进退困难。高速雾化风使得烟气中的灰尘无法在套管内积聚。从而保证了枪体的可用率，方便了后期脱硝喷枪的维护检修。第六是冷却喷枪端部。雾化风是常温空气，来自风机或者压缩空气，可以有效冷却喷枪端部，防止高温损坏喷枪。在传统喷枪的基础上，所使用的喷枪应不存在由于停枪停止运行期间套管堵灰无法正常退出炉膛导致喷嘴被高温烧毁或变形的风险。

最后，喷枪布置。一般循环流化床锅炉烟道为矩形，且长宽比一般在2～3范围内，所以，流化床锅炉脱硝设施喷枪一般在烟道长边上对称均布2支喷枪，喷枪流量、雾化交流、雾炬长度和宽度根据烟道尺寸定制，保证还原剂雾炬覆盖整个烟道（沈洵，2011）。再加上烟气进入旋风分离器后会受到强烈扰动，还原剂与烟气可进一步混合。

第二篇：浅谈循环流化床锅炉的脱硫脱硝

浅谈循环流化床锅炉脱硫脱销

概况

随着我国工业产业迅猛发展，环境污染显得更加突出。尽管快速发展的工业使人民的生活水平大幅度提高，但环境污染也给人们的身心健康带来较大危害。据报道我国南方酸雨的PH值达到了3-4，可见大气中SO2、NOx的浓度已到了相当高的程度。由于煤炭中含有一定量的硫和氮，一般认为，大气中的SO2、NOx主要来源于火力发电厂燃煤锅炉和工业燃煤锅炉排放的烟气中。近年来，循环流化床锅炉作为一种环保型锅炉在工业生产中被广泛应用。因此，搞清循环流化床锅炉SO2、NOx的产生过程，对我们有效控制、降低锅炉SO2、NOx的排放浓度和采取合适脱硫脱硝方法是非常必要的。2 SO2和 NOx的特性及其危害性

SO2是一种无色有刺激性气味的气体，是对大气环境危害严重的污染物。在阳光催化下，SO2进行复杂的化学反应形成硫酸，再经雨水淋降至地面即形成酸雨。氮氧化物有NO、NO2和N2O三种，NO是一种无色无味有毒的气体，约占煤燃烧产生的氮氧化物总量的90-95%，它在大气存在的时间极短，便被氧化成NO2，NO2与水反应也会形成酸雨。酸雨对农作物有较大的危害，它会造成农作物茎叶色斑，导致农业减产，也会对建筑物造成侵蚀，缩短建筑物的寿命。此外，空气中的SO2、NOx会刺激人们的呼吸道，使人呼吸道疾病的发病率提高。同时，SO2和NOx也是诱发癌症的原因之一。NO还会造成臭氧层的破坏，N2O 是一种无色有毒气体，与氧气反应生成NO，是大气平流层中NO的主要来源，可以破坏大气平流层的臭氧，它也是一种温室气体。

煤燃烧过程中SO2析出的动态特性 3.1 煤中硫的存在形式及反应过程

硫在煤中的存在形式主要有有机硫、无机硫两种。无机硫主要为黄铁矿FeS2。有机硫在煤加热至400℃时即开始大量分解，一般认为有机硫首先分解为H2S，然后遇氧再反应生成SO2，而黄铁矿硫在300℃就开始分解，但大量分解在650℃以上，而流化床燃烧的典型温度区在800-900℃之间。所以，循环流化床锅炉煤中硫的转化率很高。3.2 各种因素对SO2析出的影响

有机硫的分解时间比较短，在挥发分析出以及煤着火的初期基本上就分解了，而黄铁矿硫形成SO2要持续数分钟，并随着温度的升高SO2的转化率会大幅增高。3.2.1 钙硫比的影响

钙硫比是影响循环流化床锅炉SO2排放的主要因素。在不加石灰石时，SO2的排放量与含硫量成正比。燃料在燃烧时一般有80%以上的硫分转化为气体排放到大气中，剩余部分与炉渣以固态的形式排出。循环流化床锅炉Ca/S低于2.5时，SO2的排放浓度随Ca/S的增加而下降很快。当Ca/S大于2.5时，SO2降低就不明显了，相反，还会带来一些副作用，如影响燃烧工况，增加灰渣物理热损失，提高NOX的排放，与选择性非催化还原相冲突等。因此，对于循环流化床锅炉Ca/S应控制在1.5-2.5之间。我公司490t/h循环流化床锅炉自2009年4月投运以来，钙硫比控制在2.0-2.5之间，SO2的排放浓度一般200mg/m3左右。3.2.2 粒度的影响

采用的合理的石灰石粒度，经运行实践证明，既能保证石灰石在炉内的停留时间，同时合理的粒度也尽量增大了石灰石粒子与二氧化硫的接触面积，提高了石灰石的利用率，有利于脱硫反应的进行。脱硫剂的粒径分布对脱硫效率有较大影响。一次反应条件下，较小的脱硫剂粒度，脱硫效果较好。一方面，脱硫剂粒度越小，对NOx的刺激作用越小，脱硫温度可以相对稍高，燃烧更完全，脱硫效率也相对提高。另一方面，减小石灰石颗粒的尺寸能增加其表面积，从而提高反应面积。但脱硫剂的粒度也不是越小越好，如果脱硫剂的粒度太小，不能参与CFB灰循环，只会增加其以飞灰形式的逃逸量，降低脱硫剂利用率，从而引起脱硫效率的下降。根据有关资料，脱硫剂的粒度在0-1mm时，平均粒径在100-500μm，脱硫效率最高。3.2.3 过剩空气系数的影响

SO2的形成与炉内O2的浓度有关。在局部缺氧的条件下，黄铁矿的分解速度会减慢，SO2析出量低，反之，SO2的析出量就高，但过剩空气系数太低会影响到锅炉的燃烧效率。3.2.4 燃料在炉内停留时间的影响

循环流化床锅炉的特点就是燃料先从密相区到稀相区进行燃烧，然后再经分离器分离将未燃尽的物料送回炉内继续燃烧，如此循环几次到几十次不等（这与锅炉设计循环倍率有关），这一循环过程工作温度在600-900℃之间，在此温度段内煤燃烧时间可达数分钟乃至数十分钟，这样煤中硫分就会大量的转换为SO2析出，一般可达到90%以上。因此，循环流化床锅炉一般采用炉内喷钙脱硫，由于燃料和脱硫剂在炉内停留的时间长也就使得SO2与脱硫剂有足够的反应时间，脱硫反应充分完全，因而循环流化床锅炉具有很高的脱硫效率。4 脱硫剂的脱硫原理

循环流化床锅炉燃烧过程中最常见的脱硫剂是钙基脱硫剂，如石灰石、白云石，在床温超过其燃烧平衡温度时，将发生煅烧分解反应: CaCO3----CaO+CO2 CaO将在富氧条件下与SO2发生反应生成硫酸盐： 2CaO+2SO2+O2----2CaSO4 5 石灰石在循环流化床锅炉内的煅烧过程

天然石灰石是一种致密不规则结构的矿石，其孔隙容积和比表面积都很小。在炉内，石灰石首先被煅烧成多孔的CaO，煅烧过程中石灰石颗粒内孔隙容积不断扩大，比表面积也不断增加。石灰石多孔的结构有利于提高二氧化硫的吸收反应活性。6 NOx的形成机理

煤在燃烧过程中形成的NOx可分为三种，即热力型、燃料型和快速性。其中快速型生成量很少可以不考虑。根据循环流化床锅炉的反应温度和氧浓度水平，热力型NO的形成速率很低，故一般可以不考虑。煤在燃烧过程中主要是燃料型NOx，燃料氮形成的NO占流化床燃烧方式NOX总排放量的95%以上。

影响循环流化床锅炉内NOX产生的因素 7.1 温度的影响

随着运行温度的提高，NOX的排放升高，而N2O的排放将下降。这就意味着，通过降低床温来控制NOX排放会导致N2O排放升高。另一方面，运行床温的控制还受负荷及燃烧效率的制约，床温过低CO浓度很高，这尽管有利于NOX的还原，却带来了化学不完全损失。温度升高由于其热分解作用会使N2O降低。7.2 过剩空气系数的影响 7.2.1 不分段燃烧

不分段燃烧时，过剩空气系数对NOX和N2O的影响很相似。过剩空气系数降低时，NOX和N2O排放量都下降，过剩空气系数增加很大时，NOX和N2O排放量也大大降低，因为，过剩空气系数很小或很大时，CO浓度都将升高，而CO会促进NO和N2O的还原和分解。7.2.2 分段燃烧

实施分段燃烧对降低氮氧化物的排放很有好处。二次风从床面上方的一定距离给入，随着二次风率增大，NOX生成量也随之下降，并在某一分配下达到最低点。这是由于分段燃烧会使锅炉局部氧浓度降低，可以抑制燃料型氮氧化物的生成。另外，分段燃烧也会使火焰高度降低从而使热力型氮氧化物降低。如图所示： 7.3 脱硫剂的影响

锅炉添加石灰石的直接目的是为了脱硫。但石灰石对氮氧化物排放也有明显影响，会造成NO上升，而N2O下降。原因是石灰石对NOX的生成起催化作用。因为，多余CaO是氧化性条件下N2O分解的催化剂；CaS是CO还原NO和N2O的强催化剂。8 同时降低SO2和NOX排放的措施

通过前面脱除各种有害气体方法的分析，循环流化床锅炉降低SO2和NOX排放的措施主要有：

①降低过剩空气系数α燃烧，过剩空气系数在1.10-1.20之间。②分段给入空气，实施分段燃烧合理分配二次风的比例，一般控制在总风量的30%-40%。

③降低燃烧温度可以使SO2和NOX降低，但会使N2O和CO增加，一般地，循环流化床锅炉的床温在850-900℃之间为宜。

④采用较小的脱硫剂粒径150-300μm之间，不仅可以增加承载脱硫反应的比表面积，而且使脱硫对温度的敏感性和对NOX的刺激增长作用都会减弱。

⑤选择合适的Ca/S比，钙硫比的选择与燃料的含硫量和脱硫剂的粒径有关，一般Ca/S比为1.5-2.5。

⑥提高悬浮段的颗粒浓度和混合扰动对脱硫和降低NO排放有利。降低煤的平均粒径和提高一次风压的压头可以提高悬浮段的颗粒浓度。9 循环流化床锅炉SO2和NOX实测值

2009年6月唐山市环境监测站对我公司2台490t/h炉进行了实际监测，检测结果如下： 1#炉监测结果

监测时间 次数 SO2（mg/m3）NOX（mg/m3）2009年6月3日 1 235 83 2 294 84 3 284 80 2009年6月4日 1 161 98 2 236 104 3 240 102 2#炉监测结果

监测时间 次数 SO2（mg/m3）NOX（mg/m3）2009年6月3日 1 135 110 2 115 114 3 109 112 2009年6月4日 1 103 112 2 84 110 3 85 110 我公司循环流化床锅炉通过炉内添加石灰石后，脱硫效率可达92%以上。循环流化床锅炉的低温燃烧和分段燃烧技术使得氮氧化物的排放浓度远远低于国家标准400 mg/m3。9 结论

通过以上分析，可以看出，循环流化床锅炉在脱硫脱硝方面有着比较大的优越性，SO2和NOX的排放浓度可以得到了有效的控制，是一种环保型锅炉，具有推广的价值。www.xiexiebang.com由于燃料硫和燃料氮的反应系统之间存在着密切的联系和交互影响，单独降低SO2、N2O和NOX其中一种不是我们想达到的目的，降低SO2的措施往往导致NOX和N2O的升高，降低N2O措施往往又会导致SO2的升高。因此，同时降低循环流化床的氮、硫氧化物的排放是我们今后研究的新课题。