第一篇：SNCR脫硝工程還原劑和循環(huán)流化床噴槍比較研究

摘 要：電力企業(yè)在進行sncr脫硝工程過程中可以選擇的還原劑有多種，而這也需根據(jù)各種還原劑的特性及經(jīng)濟情況進行合理的選定。基于對脫硝還原劑相關理念的概述，綜合探討了脫硝還原劑的類別，并給出了脫銷還原劑在使用過程中，相關設備的操作要點。

關鍵詞：脫硝；還原劑；類別；設備

中圖分類號：tb 文獻標識碼：a 文章編號：16723198（2012）14019202

就實際運用而言，脫硝的還原劑一般都是含氮的物質(zhì)，包括氨、尿素、各種銨鹽（醋酸銨、碳酸氫銨、氯化銨、草酸銨、檸檬酸銨等），其它的氮還原劑如異氰酸和聯(lián)氨也有被應用?，F(xiàn)在國內(nèi)外對脫硝還原劑的研究主要集中在氨（包括各種銨鹽）、尿素和異氰酸等三種。研究的結(jié)果表明，對于這三類的脫硝還原劑，其化學反應原理上是有差異的。目前，以氨和尿素的使用最為廣泛，氨作為脫硝還原劑，是最早的一種脫硝還原劑。但后來美國電力研究院發(fā)展出使用尿素作為還原劑的脫硝技術(shù)，使用得比氨更加廣泛，而且應用在更大型的鍋爐機組上面。sncr脫硝工程還原劑的比較研究

首先是氨。氨，或者叫液氨，阿摩尼亞，分子式nh3。氣氨相對密度0.588，液氨相對密度0.617，沸點-33.33℃。氨有特異的刺激性氣味，容易溶于水。高毒，對皮膚、黏膜和眼睛有腐蝕性?？扇迹O限為16％～25％。必須儲存于陰涼、通風良好的專用庫房。且遠離熱源、火源，與其它化學物品隔離儲運，設備都要接地線。大量儲存需要在建設、消防有關部門登記，獲得許可。氨是重要的化工原料，也是重要的化肥生產(chǎn)原料。其中氮含量達到82％，是價格最低的化肥，當然也就是最廉價的脫硝還原劑。

除了價格上的優(yōu)勢，其作為脫硝還原劑使用的優(yōu)點是作為氣體噴入爐膛，其還原反應原理如下。它不會造成爐內(nèi)受熱面濕壁、腐蝕，對爐內(nèi)溫度場、速度場的影響也最小。而儲存則作為液氨的形式儲存，儲罐容積小。缺點是氨氣有毒、可燃、可爆，儲存和使用的安全防護要求高。儲存需要特制的高壓儲罐，輸運管道也需要特別處理：蒸發(fā)吸熱、溶解放熱都會對管道造成一定的損害，一般需要加熱設備且防水（解永剛，程慧，2010）。但由于氨氣噴入高溫爐膛內(nèi)動量較小，一般很難跟煙氣充分混合，所以脫硝一般不選擇液氨或氨氣直接噴入爐膛。

其次是氨水。氨水，即氨的水溶液，又稱氫氧化銨，分子式nh3·h2o。常溫下溶解度為29％，工業(yè)用氨水通常為20％或25％濃度，氨氣容易揮發(fā)逸出，有強烈的氨的刺激性氣味。腐蝕性強，對銅及其各種合金的腐蝕性最強，對鐵、水泥及木材亦有一定的腐蝕性。氨水又一定的毒性，因此，儲運、使用時有一定的操作安全要求，但安全性要求比液氨來說要小的多。儲存、輸送和處理都比液氨簡單，這個是它的優(yōu)點。缺點是由于含有大量的稀釋水，儲存、輸送系統(tǒng)比氨系統(tǒng)要龐大；而噴射剛性、穿透能力比氨氣噴射好。但在揮發(fā)性上仍然比尿素溶液大，應用在墻式噴射器的時候仍然難以深入爐膛深處，因此也限制了其在大型鍋爐上的應用。氨水的還原no的化學原理與液氨相同，氨水的脫硝反應溫度窗口比尿素偏低50～100℃左右，在低溫區(qū)有較好的效果。

最后是尿素。尿素，學名為碳酰二胺，分子式（nh2）2co，分子量60.06。純凈的尿素無色無味的針狀或棱柱狀晶體，吸濕性強。尿素中的含氮量為46.6％，是含氮量最高的固體化肥。一般的工業(yè)農(nóng)業(yè)用尿素的含氮量在46％以上。在20℃時尿素的飽和溶液的相對密度為1.146 g/cm3，固體時為1.335 g/cm3。20℃下的熱容為1.334j/g/ ℃。常壓下熔點為132.6℃，超過熔點則分解。常溫時，尿素在水中緩慢水解，最初轉(zhuǎn)化為甲銨，然后形成碳酸銨，最后分解成氨和二氧化碳，隨溫度升高，水解加快，但在60℃以下，尿素在酸性、中性和堿性溶液中不發(fā)生水解。尿素溶液在大型鍋爐脫硝系統(tǒng)上的應用比氨普遍，作為no還原介質(zhì)有以下幾點優(yōu)勢：第一是尿素無味，無毒性，腐蝕性弱，不會燃燒和爆炸，運輸、存儲、使用都比較簡單安全；第二是尿素溶液的揮發(fā)性比氨水小，對大型爐膛的穿透性好，混合程度也比較高。因此，在大型的鍋爐設備的脫硝系統(tǒng)上的應用比氨普遍；第三是尿素的合適溫度范圍是900～1150℃，比氨水高50～100℃左右。

干尿素顆粒是沒有腐蝕性的，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-等離子，其離子濃度隨溶液質(zhì)量濃度、溫度的不同而不同，表現(xiàn)出的腐蝕性也不同。甲銨液對大多數(shù)金屬有強烈腐蝕作用，特別是甲銨生成和分解時。尿素腐蝕實際上可以認為是甲銨的腐蝕，其中包括中間產(chǎn)物氰酸和氰酸銨?？傮w看來，尿素溶液中co2、nh3以及尿素本身的腐蝕性都很弱，而尿素水解的中間產(chǎn)物尿素-甲銨溶液的腐蝕性卻很強，是造成金屬腐蝕的主要原因。

在初投資方面，尿素系統(tǒng)需要有尿素溶解系統(tǒng)，因此初投資比氨水系統(tǒng)高10%左右；從運行費用方案考慮，鍋爐采用尿素作為還原劑系統(tǒng)比采用氨水作還原劑系統(tǒng)運行費要高10%左右。循環(huán)流化床噴槍的比較研究

首先，噴槍結(jié)構(gòu)及工作原理。一種為傳統(tǒng)的壓縮空氣氣力霧化噴槍，一種為循環(huán)流化床鍋爐脫硝設計的機械霧化噴槍。

下文主要介紹機械霧化噴槍，噴槍結(jié)構(gòu)主要由如下及部分組成：還原劑通道、霧化風通道、機械霧化噴嘴、快速接頭等組成。噴槍各部件均采用不銹鋼材料制造，機械霧化噴嘴多采用進口316l不銹鋼制作。

機械霧化噴槍安裝時裝在爐墻上預埋的套管內(nèi)，套管與爐墻平齊，噴槍通過法蘭固定在套管上，安裝時噴槍外管與預埋套管平齊，噴槍噴嘴裝配時與噴槍外管向爐外縮數(shù)毫米。噴槍尾部兩接口通過快速接頭分別接還原劑和霧化風。鍋爐和脫硝系統(tǒng)運行時，還原劑由還原劑通道進入機械霧化噴嘴，經(jīng)機械霧化成合適細度霧滴噴射進入反應區(qū)，鍋爐運行時霧化風常開，霧化風的作用見下面詳細描述。

其次，霧化風的作用。第一是防止噴嘴快速磨損。循環(huán)流化床內(nèi)煙氣的含塵量遠高于煤粉鍋爐，旋風分離器入口水平通道內(nèi)煙速一般可達25m/s。因此，傳統(tǒng)的氣力霧化噴槍在這種環(huán)境下面臨快速磨損的問題。脫硝噴槍的霧化風套管安裝在爐墻內(nèi)，防止噴嘴受到煙氣的直接沖刷。高速霧化風包圍著噴嘴隨機械霧化后的還原劑溶液一起噴出，在煙氣和噴嘴之間起到隔絕作用，防止爐內(nèi)氣流受到擾動時煙氣攜帶顆粒直接沖刷噴嘴，保護噴嘴不受磨損。第二是增加還原劑穿透度。還原劑和煙氣的混合程度是脫硝技術(shù)的關鍵因素之一。高速霧化風的增加可以攜帶著機械霧化后的還原劑溶液，深度穿透至煙氣中，從而增加了還原劑與煙氣的混合程度，為保證脫硝率奠定了基礎。第三是增加還原劑霧化細度。還原劑的霧化細度也直接影響的脫硝率，在其他條件同等的情況下，還原劑霧化細度越細，還原劑表面積越大，與煙氣中的nox的接觸面積越大，從而增加了脫硝率。第四是防止鍋爐受熱面腐蝕。傳統(tǒng)噴槍在開始噴射或者結(jié)束噴射的間歇，存在還原劑液滴直接滴落到水冷壁壁面上的造成水冷壁腐蝕的風險。因此，具體使用過程中噴槍的高速霧化風包圍著噴嘴，即使在剛開始噴射或者結(jié)束噴射有液滴滴落，也可將其攜帶進入爐內(nèi)，避免了腐蝕水冷壁的風險。第五是防止噴槍槍體與套管之間堵灰。傳統(tǒng)的噴槍安裝在墻體上，套管與槍體之間極易堵灰，導致噴槍進退困難。高速霧化風使得煙氣中的灰塵無法在套管內(nèi)積聚。從而保證了槍體的可用率，方便了后期脫硝噴槍的維護檢修。第六是冷卻噴槍端部。霧化風是常溫空氣，來自風機或者壓縮空氣，可以有效冷卻噴槍端部，防止高溫損壞噴槍。在傳統(tǒng)噴槍的基礎上，所使用的噴槍應不存在由于停槍停止運行期間套管堵灰無法正常退出爐膛導致噴嘴被高溫燒毀或變形的風險。

最后，噴槍布置。一般循環(huán)流化床鍋爐煙道為矩形，且長寬比一般在2～3范圍內(nèi)，所以，流化床鍋爐脫硝設施噴槍一般在煙道長邊上對稱均布2支噴槍，噴槍流量、霧化交流、霧炬長度和寬度根據(jù)煙道尺寸定制，保證還原劑霧炬覆蓋整個煙道（沈洵，2011）。再加上煙氣進入旋風分離器后會受到強烈擾動，還原劑與煙氣可進一步混合。

第二篇：淺談循環(huán)流化床鍋爐的脫硫脫硝

淺談循環(huán)流化床鍋爐脫硫脫銷

概況

隨著我國工業(yè)產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展，環(huán)境污染顯得更加突出。盡管快速發(fā)展的工業(yè)使人民的生活水平大幅度提高，但環(huán)境污染也給人們的身心健康帶來較大危害。據(jù)報道我國南方酸雨的PH值達到了3-4，可見大氣中SO2、NOx的濃度已到了相當高的程度。由于煤炭中含有一定量的硫和氮，一般認為，大氣中的SO2、NOx主要來源于火力發(fā)電廠燃煤鍋爐和工業(yè)燃煤鍋爐排放的煙氣中。近年來，循環(huán)流化床鍋爐作為一種環(huán)保型鍋爐在工業(yè)生產(chǎn)中被廣泛應用。因此，搞清循環(huán)流化床鍋爐SO2、NOx的產(chǎn)生過程，對我們有效控制、降低鍋爐SO2、NOx的排放濃度和采取合適脫硫脫硝方法是非常必要的。2 SO2和 NOx的特性及其危害性

SO2是一種無色有刺激性氣味的氣體，是對大氣環(huán)境危害嚴重的污染物。在陽光催化下，SO2進行復雜的化學反應形成硫酸，再經(jīng)雨水淋降至地面即形成酸雨。氮氧化物有NO、NO2和N2O三種，NO是一種無色無味有毒的氣體，約占煤燃燒產(chǎn)生的氮氧化物總量的90-95%，它在大氣存在的時間極短，便被氧化成NO2，NO2與水反應也會形成酸雨。酸雨對農(nóng)作物有較大的危害，它會造成農(nóng)作物莖葉色斑，導致農(nóng)業(yè)減產(chǎn)，也會對建筑物造成侵蝕，縮短建筑物的壽命。此外，空氣中的SO2、NOx會刺激人們的呼吸道，使人呼吸道疾病的發(fā)病率提高。同時，SO2和NOx也是誘發(fā)癌癥的原因之一。NO還會造成臭氧層的破壞，N2O 是一種無色有毒氣體，與氧氣反應生成NO，是大氣平流層中NO的主要來源，可以破壞大氣平流層的臭氧，它也是一種溫室氣體。

煤燃燒過程中SO2析出的動態(tài)特性 3.1 煤中硫的存在形式及反應過程

硫在煤中的存在形式主要有有機硫、無機硫兩種。無機硫主要為黃鐵礦FeS2。有機硫在煤加熱至400℃時即開始大量分解，一般認為有機硫首先分解為H2S，然后遇氧再反應生成SO2，而黃鐵礦硫在300℃就開始分解，但大量分解在650℃以上，而流化床燃燒的典型溫度區(qū)在800-900℃之間。所以，循環(huán)流化床鍋爐煤中硫的轉(zhuǎn)化率很高。3.2 各種因素對SO2析出的影響

有機硫的分解時間比較短，在揮發(fā)分析出以及煤著火的初期基本上就分解了，而黃鐵礦硫形成SO2要持續(xù)數(shù)分鐘，并隨著溫度的升高SO2的轉(zhuǎn)化率會大幅增高。3.2.1 鈣硫比的影響

鈣硫比是影響循環(huán)流化床鍋爐SO2排放的主要因素。在不加石灰石時，SO2的排放量與含硫量成正比。燃料在燃燒時一般有80%以上的硫分轉(zhuǎn)化為氣體排放到大氣中，剩余部分與爐渣以固態(tài)的形式排出。循環(huán)流化床鍋爐Ca/S低于2.5時，SO2的排放濃度隨Ca/S的增加而下降很快。當Ca/S大于2.5時，SO2降低就不明顯了，相反，還會帶來一些副作用，如影響燃燒工況，增加灰渣物理熱損失，提高NOX的排放，與選擇性非催化還原相沖突等。因此，對于循環(huán)流化床鍋爐Ca/S應控制在1.5-2.5之間。我公司490t/h循環(huán)流化床鍋爐自2009年4月投運以來，鈣硫比控制在2.0-2.5之間，SO2的排放濃度一般200mg/m3左右。3.2.2 粒度的影響

采用的合理的石灰石粒度，經(jīng)運行實踐證明，既能保證石灰石在爐內(nèi)的停留時間，同時合理的粒度也盡量增大了石灰石粒子與二氧化硫的接觸面積，提高了石灰石的利用率，有利于脫硫反應的進行。脫硫劑的粒徑分布對脫硫效率有較大影響。一次反應條件下，較小的脫硫劑粒度，脫硫效果較好。一方面，脫硫劑粒度越小，對NOx的刺激作用越小，脫硫溫度可以相對稍高，燃燒更完全，脫硫效率也相對提高。另一方面，減小石灰石顆粒的尺寸能增加其表面積，從而提高反應面積。但脫硫劑的粒度也不是越小越好，如果脫硫劑的粒度太小，不能參與CFB灰循環(huán)，只會增加其以飛灰形式的逃逸量，降低脫硫劑利用率，從而引起脫硫效率的下降。根據(jù)有關資料，脫硫劑的粒度在0-1mm時，平均粒徑在100-500μm，脫硫效率最高。3.2.3 過剩空氣系數(shù)的影響

SO2的形成與爐內(nèi)O2的濃度有關。在局部缺氧的條件下，黃鐵礦的分解速度會減慢，SO2析出量低，反之，SO2的析出量就高，但過?？諝庀禂?shù)太低會影響到鍋爐的燃燒效率。3.2.4 燃料在爐內(nèi)停留時間的影響

循環(huán)流化床鍋爐的特點就是燃料先從密相區(qū)到稀相區(qū)進行燃燒，然后再經(jīng)分離器分離將未燃盡的物料送回爐內(nèi)繼續(xù)燃燒，如此循環(huán)幾次到幾十次不等（這與鍋爐設計循環(huán)倍率有關），這一循環(huán)過程工作溫度在600-900℃之間，在此溫度段內(nèi)煤燃燒時間可達數(shù)分鐘乃至數(shù)十分鐘，這樣煤中硫分就會大量的轉(zhuǎn)換為SO2析出，一般可達到90%以上。因此，循環(huán)流化床鍋爐一般采用爐內(nèi)噴鈣脫硫，由于燃料和脫硫劑在爐內(nèi)停留的時間長也就使得SO2與脫硫劑有足夠的反應時間，脫硫反應充分完全，因而循環(huán)流化床鍋爐具有很高的脫硫效率。4 脫硫劑的脫硫原理

循環(huán)流化床鍋爐燃燒過程中最常見的脫硫劑是鈣基脫硫劑，如石灰石、白云石，在床溫超過其燃燒平衡溫度時，將發(fā)生煅燒分解反應: CaCO3----CaO+CO2 CaO將在富氧條件下與SO2發(fā)生反應生成硫酸鹽： 2CaO+2SO2+O2----2CaSO4 5 石灰石在循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)的煅燒過程

天然石灰石是一種致密不規(guī)則結(jié)構(gòu)的礦石，其孔隙容積和比表面積都很小。在爐內(nèi)，石灰石首先被煅燒成多孔的CaO，煅燒過程中石灰石顆粒內(nèi)孔隙容積不斷擴大，比表面積也不斷增加。石灰石多孔的結(jié)構(gòu)有利于提高二氧化硫的吸收反應活性。6 NOx的形成機理

煤在燃燒過程中形成的NOx可分為三種，即熱力型、燃料型和快速性。其中快速型生成量很少可以不考慮。根據(jù)循環(huán)流化床鍋爐的反應溫度和氧濃度水平，熱力型NO的形成速率很低，故一般可以不考慮。煤在燃燒過程中主要是燃料型NOx，燃料氮形成的NO占流化床燃燒方式NOX總排放量的95%以上。

影響循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)NOX產(chǎn)生的因素 7.1 溫度的影響

隨著運行溫度的提高，NOX的排放升高，而N2O的排放將下降。這就意味著，通過降低床溫來控制NOX排放會導致N2O排放升高。另一方面，運行床溫的控制還受負荷及燃燒效率的制約，床溫過低CO濃度很高，這盡管有利于NOX的還原，卻帶來了化學不完全損失。溫度升高由于其熱分解作用會使N2O降低。7.2 過?？諝庀禂?shù)的影響 7.2.1 不分段燃燒

不分段燃燒時，過?？諝庀禂?shù)對NOX和N2O的影響很相似。過?？諝庀禂?shù)降低時，NOX和N2O排放量都下降，過剩空氣系數(shù)增加很大時，NOX和N2O排放量也大大降低，因為，過剩空氣系數(shù)很小或很大時，CO濃度都將升高，而CO會促進NO和N2O的還原和分解。7.2.2 分段燃燒

實施分段燃燒對降低氮氧化物的排放很有好處。二次風從床面上方的一定距離給入，隨著二次風率增大，NOX生成量也隨之下降，并在某一分配下達到最低點。這是由于分段燃燒會使鍋爐局部氧濃度降低，可以抑制燃料型氮氧化物的生成。另外，分段燃燒也會使火焰高度降低從而使熱力型氮氧化物降低。如圖所示： 7.3 脫硫劑的影響

鍋爐添加石灰石的直接目的是為了脫硫。但石灰石對氮氧化物排放也有明顯影響，會造成NO上升，而N2O下降。原因是石灰石對NOX的生成起催化作用。因為，多余CaO是氧化性條件下N2O分解的催化劑；CaS是CO還原NO和N2O的強催化劑。8 同時降低SO2和NOX排放的措施

通過前面脫除各種有害氣體方法的分析，循環(huán)流化床鍋爐降低SO2和NOX排放的措施主要有：

①降低過?？諝庀禂?shù)α燃燒，過?？諝庀禂?shù)在1.10-1.20之間。②分段給入空氣，實施分段燃燒合理分配二次風的比例，一般控制在總風量的30%-40%。

③降低燃燒溫度可以使SO2和NOX降低，但會使N2O和CO增加，一般地，循環(huán)流化床鍋爐的床溫在850-900℃之間為宜。

④采用較小的脫硫劑粒徑150-300μm之間，不僅可以增加承載脫硫反應的比表面積，而且使脫硫?qū)囟鹊拿舾行院蛯OX的刺激增長作用都會減弱。

⑤選擇合適的Ca/S比，鈣硫比的選擇與燃料的含硫量和脫硫劑的粒徑有關，一般Ca/S比為1.5-2.5。

⑥提高懸浮段的顆粒濃度和混合擾動對脫硫和降低NO排放有利。降低煤的平均粒徑和提高一次風壓的壓頭可以提高懸浮段的顆粒濃度。9 循環(huán)流化床鍋爐SO2和NOX實測值

2009年6月唐山市環(huán)境監(jiān)測站對我公司2臺490t/h爐進行了實際監(jiān)測，檢測結(jié)果如下： 1#爐監(jiān)測結(jié)果

監(jiān)測時間 次數(shù) 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#爐監(jiān)測結(jié)果

監(jiān)測時間 次數(shù) 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 我公司循環(huán)流化床鍋爐通過爐內(nèi)添加石灰石后，脫硫效率可達92%以上。循環(huán)流化床鍋爐的低溫燃燒和分段燃燒技術(shù)使得氮氧化物的排放濃度遠遠低于國家標準400 mg/m3。9 結(jié)論

通過以上分析，可以看出，循環(huán)流化床鍋爐在脫硫脫硝方面有著比較大的優(yōu)越性，SO2和NOX的排放濃度可以得到了有效的控制，是一種環(huán)保型鍋爐，具有推廣的價值。004km.cn由于燃料硫和燃料氮的反應系統(tǒng)之間存在著密切的聯(lián)系和交互影響，單獨降低SO2、N2O和NOX其中一種不是我們想達到的目的，降低SO2的措施往往導致NOX和N2O的升高，降低N2O措施往往又會導致SO2的升高。因此，同時降低循環(huán)流化床的氮、硫氧化物的排放是我們今后研究的新課題。