SNCR脱硝装置对CFB锅炉运行的影响研究

SNCR脱硝装置对CFB锅炉运行的影响研究
摘要：当前脱硝工艺，主要通过化学手段，使还原剂与烟气中的NOx发生反应，达到脱硝目的，如SCR（选择性催化还原法）、SNCR（选择性非催化还原法）及SNCR+SCR（选择性催化还原法+选择性非催化还原法）混合脱硝；而国内CFB锅
炉烟气脱硝主要采用SNCR工艺，该技术在国内起步比较晚，技术工艺、运行操
作均有待进一步完善，对锅炉运行造成一些不利影响。

关键词：CFB锅炉；SNCR；氨逃逸；脱硝效率；
SNCR脱硝系统凭借建设成本、工艺、效率等多方面优势特别适合循环流化床
锅炉脱硝改造。

传统的的喷枪多数采用还原剂（如尿素溶液或氨水）和空气直接
混合后射入锅炉，液体和气体二者相互影响，混合后雾化后并不好，控制与调节
困难、脱硝效果不佳；若采用经过设计改良的双雾化喷枪，则混合均匀、雾化效
果好，易于调节和控制，脱硝效果好。

1 循环流化床锅炉SNCR脱硝系统喷射系统的技术要求
喷射装置是实现还原剂与烟气均匀混合的主要手段，是循环流化床锅炉SNCR
系统的核心。

喷射装置工程上最常见的是墙式喷射器，其主要技术要求如下：（1）喷射器的工作环境为高温高尘，且管内流动还原剂，所以，喷射器制造材料，应选用耐高温、耐磨损、耐腐蚀的材料。

（2）喷射器的覆盖区域，喷射器
选取的种类，安装的位置与数量，取决于锅炉自身条件如锅炉结构、烟气量、烟温、烟气流场分布等。

（3）还原剂喷射系统的设计应能适应锅炉在最低稳燃负
荷工况和BMCR之间的任何负荷下安全连续运行，并能适应机组负荷变化和启停
的要求。

（4）喷射系统应设置吹扫空气以防止烟气中的灰尘堵塞喷射器。

（5）
喷射器的主要参数有：①雾化粒子粒径分布；②雾化粒子喷射速度；③雾化喷
嘴形式；④雾化角度。

目前，SNCR脱硝喷枪多采用厂用压缩空气与还原剂溶液
直接混合，喷射流形通常是扇形或锥形。

当锅炉负荷改变或NOx的浓度改变，要
改变压缩空气量或还原剂溶液的量，但二者相互影响比较大，非常难于调节，对
控制系统要求较高等等弊端。

另外，还存在喷射溶液与烟气的反应接触面积小，
混合不均匀，脱硝效率低的缺点。

2 优良的SNCR系统的喷射系统的要求
1.（1）材料性能要求：抗高温冲击，抗热变形，耐磨耐腐，容易维护。

（2）雾化性能要求：雾化液滴务必做到粗细结合，雾化后覆盖面要广，最好能均匀分
布到整个炉膛截面。

（3）运行控制要求：①根据现场情况不同组合不同喷射方式，实现覆盖面积最大；②能灵活调整单个喷嘴的雾化粒度，改变液滴蒸发时间，以适应温度变化；③防堵塞，有冷却，维护简便。

2.该喷枪设计方案的技术特点。

（1）材质。

由于喷枪的工作温度比较高（烟
气温度850℃~1100℃），而且烟气流速快，烟气中含有大量的粉尘，喷枪的磨损
非常严重。

因此喷枪制造材料需要耐高温、耐磨损、耐腐蚀。

关键部位如喷枪杆
及喷嘴采用316或310s材料，止痒能够保证关键部位保持高强度和抗腐蚀性。

（2）喷雾与烟气的混合均匀程度喷枪喷雾角度从10°~150°不等，小角度的喷枪
穿透能力强，大角度的喷枪覆盖面积大，我们的喷枪角度约为90°。

（3）喷枪缩进、防止磨损。

分离器入口烟气磨损严重，因此安装时喷枪头部缩进烟道内壁
0.5-1cm，防止喷枪头部磨损。

（4）调节能力。

喷枪采用还原剂溶液直接雾化和
压缩空气二次雾化相结合的方式，使雾化效果更好；压缩空气流量和还原剂流量
分别单独控制：通过改变泵的转速即可调节尿素溶液的喷射量，改变压缩空气的
调节阀可改变雾化空气的量。

扇形喷嘴阻力小，锥形喷嘴阻力大，空气和尿素溶
液调节相互影响较小，便于调节。

（5）喷嘴结构。

SNCR喷枪的雾化颗粒不是越
细越好，而应该颗粒粗细均有。

细颗粒占比高，穿透性太差，脱硝效率低。

粗颗
粒占比高，则还原剂溶液的总体表面积太小，与烟气接触面积小，脱硝效率低，
脱硝喷枪应采用专门设计的喷嘴，保证在一定压力下喷射，以获得最佳尺寸和分
布的液滴粒径。

3 SNCR脱硝系统对CFB锅炉运行的影响分析
1.锅炉热效率下降。

锅炉的热效率是指燃料送入的热量中有效热量所占的百
分数，现代大型锅炉的热效率一般在80%～90%。

为了防止锅炉热效率的下降，
关键措施是减少锅炉各部分热损失，尤其是排烟热损失和机械未完全燃烧损失。

研究发现，SNCR脱硝系统对锅炉热效率的影响主要是排烟热损失。

SNCR技术是
环保行业已投入商业运行的一种烟气脱硝技术，该工艺以含有氨基的CO（NH2）2、液态NH3或NH3•H2O为还原剂，将烟气中的NOx还原为N2和H2O。

同时根据GB 12268—90危险货物品名表中规定，液态NH3属于危险品，NH3•H2O蒸发
后的氨蒸汽与空气混合物的爆炸浓度极限为16%～25%，遇高温（93℃以上）时
有爆炸危险，应存放在阴凉、通风较佳的特殊仓库。

并要求避开热源、火源，同
时设备须接地。

因此在SNCR脱硝系统中，CO（NH2）2和NH3•H2O应用比较广泛。

使用CO（NH2）2作为还原剂的SNCR脱硝系统包含以下四步：（1）CO
（NH2）2溶液溶解、稀释与供应；（2）还原剂液滴和烟气的充分混合；（3）
还原剂中水分的蒸发；（4）CO（NH2）2和NOx之间的气相反应。

以NH3•H2O
为还原剂的SNCR脱硝系统过程包含以下四步：1）NH3•H2O溶液稀释与供应；2）还原剂液滴和烟气的充分混合；3）还原剂中水份的蒸发；4）NH3和NOx之间的
气相反应。

从以上可知，无论是采用CO（NH2）2还是NH3•H2O作为还原剂，SNCR脱硝系统都需将含有一定水分的还原剂溶液喷射入炉膛或水平烟道，而还
原剂溶液喷入到炉膛或水平烟道后，由于遇到高温烟气，液体蒸发并加热，同时
从周围吸收热量，然后将此部分热量随烟气一起排入大气，排烟温度升高，排烟
热损失增加。

所以，喷射入炉内的CO（NH2）2或NH3•H2O溶液及稀释水量越少，对锅炉热效率的影响越小。

2.对锅炉本体结构的影响。

目前，国内SNCR脱硝系统主要通过安装在炉膛壁
或水平烟道壁上的喷枪将NH3•H2O溶液或CO（NH2）2溶液喷射到炉内与烟气
中NOx参与反应，而喷枪结构或运行参数不合理的话很容易造成CO（NH2）2或NH3•H2O溶液滴漏到水冷壁管上造成水冷壁腐蚀爆管，喷射到对面水冷壁或烟道的话也会造成对面水冷壁或耐火材料腐蚀，从而造成锅炉本体受到影响。

而国内
目前在CFB锅炉烟气脱硝上采用得比较广泛的是传统的气力雾化喷枪，其结构比
较简单，主要在喷嘴内部设计有气液流道，利用高速气流与低速液体射流间的相
互剪切作用，在喷嘴内外分别实现初次破碎与二次破碎，最终将液体破碎、雾化
成更细小的液滴，而此种喷枪最主要的问题就是还原剂液滴容易滴漏到水冷壁管
或耐火材料上，而运行操作不当又容易喷射到对面水冷壁或耐磨材料，造成对面
水冷壁或耐磨材料腐蚀，从而损坏锅炉本体。

3.氨逃逸对锅炉运行的影响。

氨逃逸是指在锅炉尾部烟道（省煤器出口装设
测点）处检测到的NH3的浓度。

系指脱硝系统运行时，空气预热器入口烟气中
NH3的质量与烟气体积（标态，干基，6%O2）之比，单位为mg/Nm3。

氨逃逸是
由NSR（氨氮比），还原剂溶液与烟气混合程度，及NH3与烟气内的NOx进行
的还原反应效率决定的。

因此，喷射入锅炉的还原剂溶液量越合适，还原剂溶液
与烟气的混合程度越高，NH3和烟气中的NOx反应速度越快，氨逃逸率越低。

如氨逃逸率越高，逃逸的NH3越多，与燃料燃烧后的SO3、H2O发生反应生成的
NH4HSO4就越多，从而造成下游空预器腐蚀和堵塞，增加烟气阻力，影响引风机出力，增加运行、检修及维护等投资成本；同时也会减少空预器换热量，影响锅
炉排烟温度，进而影响锅炉效率。

总之，建议CFB锅炉SNCR脱硝装置运行时应密切关注燃煤硫分和氨逃逸浓
度的变化，采取有效措施抑制硫酸氢铵的生成，降低空气预热器阻力增大的风险。

参考文献：
[1]李敏.浅谈SNCR脱硝装置对CFB锅炉运行的影响研究.2017.
[2]张向前.SNCR脱硝技术在循环流化床锅炉上的应用.2017.。