CN111804135A - 干法sncr脱硝工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种干法SNCR脱硝工艺，属于化工领域，向锅炉烟道内直接喷入尿素颗粒，尿素颗粒在高温烟道内瞬间气化，尿素中的氨基将NOx还原，生成无毒无害的氮气和水，其主要化学反应方程式为4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O。将液氨直接改用尿素颗粒，通过尿素颗粒直接喷入炉内，尿素会在炉内因为高温瞬间气化进行反应，可以更好地通过尿素颗粒喷淋的速率控制，延长反应时间，增加了炉内氨的覆盖面积，增加了反应的效率，减少了炉内喷淋液氨对炉体的腐蚀，并且尿素气化后有些附着在颅内壁，这样不仅没有腐蚀炉体，而且加固的炉体。

Description

干法SNCR脱硝工艺

技术领域

本发明涉及一种干法SNCR脱硝工艺，属于化工领域。

背景技术

目前广泛使用的烟气脱硝技术主流技术是选择性催化还原烟气脱硝技术(SCR)、选择性非催化还原烟气脱硝技术(SNCR)以及上述两种技术联合的脱硝工艺。其中SNCR技术由于不需要催化剂、投资、运行成本低，占地面积小，工期短，具有广泛的适用性。

选择性非催化还原(Selective Non-Catalytic Reduction,简称为SNCR)技术是一种成熟的烟气脱硝技术，原理是在850℃～1150℃范围内，将氨基的还原剂喷入烟气中，将NOx还原，生成无毒无害的氮气和水。其主要化学反应方程式为：

4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O

理论上，SNCR工艺可以达到65％以上的脱硝效率；在工程应用中，根据具体情况不同，SNCR工艺的脱硝效率约为20％～65％，这主要取决于温度窗口、停留时间、混合效果及炉型等。

⑶SNCR工艺特点：

①系统简单，施工期短

②投资和运行成本较低，且无二次污染

③不使用催化剂，可根据需要选用还原剂

④设备占地面积小，适合改造工程

⑤脱硝效率理论值一般不超过65％，实际值在60％左右(如过度喷氨提高脱硝效率，氨逃逸率会增高)

⑥要求主机负荷比较稳定。一旦变化引起温度窗口变化脱硝率降低较快。

⑦锅炉炉型不同，脱硝效率也不同。循环流化床锅炉达65％以上；煤粉炉30％-50％左右；链条锅炉一般只有20％-40％左右。

目前关于脱硝反应的方式有三种：

1，炉内喷氨水；2，炉内喷液氨；3，水溶尿素后喷淋炉内。

以上方式缺点：

1，只有在高温(温度值必须控制在850度—950度)过程中才能达到脱硝的目的，并且效率高，高温反应后炉内会产生多氧氮化物，低温过程中产生的氮氧化物为危险性气体；

2，液态的氨化物非常危险，并且制备过程中需要有一定的容器，制备成液态氮化物后在运输中很危险；

3，液态氨化物在炉内反应中采用喷淋状态为液态，容易腐蚀炉体，给炉体的使用寿命缩减；

4，液氨化物，在小型炉体内，因为体积限制，炉内分层温度不同，效果差；

5，目前液态氨化物多用于链条炉和生物质锅炉等供暖用锅炉，因为链条炉及生物质锅炉在供暖过程中会根据外界温度的变化调节炉内温度，所以当温度低于850-950度时，炉内液氨反应效果差，会排放大量的高危氮氧化物；

6，液氨喷淋到炉内后，因为液体的重力作用，在炉内的分布面积会变小，这样因为接触面积及体积的限制，造成反应的效率低下。

发明内容

根据以上现有技术中的不足，本发明要解决的技术问题是：提供一种干法SNCR脱硝工艺，将液氨直接改用尿素颗粒，通过尿素颗粒直接喷入炉内，尿素会在炉内因为高温瞬间气化进行反应，可以更好地通过尿素颗粒喷淋的速率控制，延长反应时间，增加了炉内氨的覆盖面积，增加了反应的效率，减少了炉内喷淋液氨对炉体的腐蚀，并且尿素气化后有些附着在颅内壁，这样不仅没有腐蚀炉体，而且加固的炉体。

本发明所述的干法SNCR脱硝工艺，向锅炉烟道内直接喷入尿素颗粒，尿素颗粒在高温烟道内瞬间气化，尿素中的氨基将NOx还原，生成无毒无害的氮气和水，其主要化学反应方程式为4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O。

利用温度检测技术，准确测出炉膛内整个温度场真实温度，根据不同区域温度布置喷枪和喷量，实现脱硝的精细化控制，保证氨喷入量和氨逃逸受控；控制好还原剂在温度窗口内与烟气中NOx的接触时间，最大可能地提高脱硝效率；准确地设计好喷枪的位置、数量、角度、喷射距离等，保证雾化效果。

尿素可以直接喷射尿素颗粒，控制好尿素颗粒的粒径，以便气化。这种方式可以直接采用市面上购买的尿素颗粒，相对成本低廉。

尿素也可以喷射呈熔融状态的尿素，喷射出的尿素呈液滴状，粒径更小，覆盖面更广，气化效果和脱硝效果也相应有所提高。

在尿素中加入适量钠盐添加剂，可实现对SNCR脱硝效果的显著促进，不仅脱硝效率提高，而且反应温度窗口也明显向低温扩展，温度窗口宽度增加。

在烟气中加入氧化剂，氧化剂为NaCLO2，其工艺为：

氧化工艺

烟气中的NO、NO2与激活脱硝剂发生反应，生成二氮和高价态氮氧化物：

NaCLO2+2NO＝NaCL+2NO2；

如果氮氧化物浓度高会发生以下反应：

NaCLO2+4NO＝NaCL+2N2O3；

NaCLO2+4N2O3+O2＝NaCL+8NO2；

NaCLO2+4NO2＝NaCL+2N2O5；

还原工艺：

8NH3+6NO2＝7N2+12H2O。

本发明与现有技术相比所具有的有益效果是：

本发明所述的干法SNCR脱硝工艺：

将液氨直接改用尿素颗粒，通过尿素颗粒直接喷入炉内，尿素会在炉内因为高温瞬间气化进行反应；

气化的尿素在炉内因为尿素已经瞬间气化，通过低温即可产生还原反应，还原后会生成N2+H2O；

尿素气化后，可以更好地通过尿素颗粒喷淋的速率控制，延长反应时间；

尿素气化后，增加了炉内氨的覆盖面积，增加了反应的效率；

通过喷淋尿素颗粒，尿素通过气化，减少了炉内喷淋液氨对炉体的腐蚀，并且尿素气化后有些附着在颅内壁，这样不仅没有腐蚀炉体，而且加固的炉体；

低温烟气脱硝(200℃-60℃)；

脱硝效率高，可达到95％以上；

脱硝效率可灵活自动调节，节省运行费用；

运行阻力小，在现有湿法脱硫基础上增加的阻力＜100Pa；

设还原系统，无次生污染；

占地面积小，模块化设备可根据现场条件灵活布置。

干法SNCR+氧化还原法联合脱硝工艺具有两个反应区，第一个反应区间是通过布置在锅炉炉墙上喷射系统将尿素喷入炉膛，在适宜的温度下，氨基与烟气中的NOx发生还原反应，实现第一步脱硝；然后未反应的氨基或通过下游补喷的氨基进入下一个反应区，在适宜的温度中，与低温烟气中经氧化剂氧化成的NO2反应，还原为氮气和水，达到排放限值。

具体实施方式

利用温度检测技术，准确测出炉膛内整个温度场真实温度，根据不同区域温度布置喷枪和喷量，实现脱硝的精细化控制，保证氨喷入量和氨逃逸受控；控制好还原剂在温度窗口内与烟气中NOx的接触时间，最大可能地提高脱硝效率；准确地设计好喷枪的位置、数量、角度、喷射距离等，保证雾化效果。

尿素可以直接喷射尿素颗粒，控制好尿素颗粒的粒径，以便气化。这种方式可以直接采用市面上购买的尿素颗粒，相对成本低廉。

尿素也可以喷射呈熔融状态的尿素，喷射出的尿素呈液滴状，粒径更小，覆盖面更广，气化效果和脱硝效果也相应有所提高。

在尿素中加入适量钠盐添加剂，可实现对SNCR脱硝效果的显著促进，不仅脱硝效率提高，而且反应温度窗口也明显向低温扩展，温度窗口宽度增加。

在烟气中加入氧化剂，氧化剂为NaCLO2，其工艺为：

氧化工艺

烟气中的NO、NO2与激活脱硝剂发生反应，生成二氮和高价态氮氧化物：

NaCLO2+2NO＝NaCL+2NO2；

如果氮氧化物浓度高会发生以下反应：

NaCLO2+4NO＝NaCL+2N2O3；

NaCLO2+4N2O3+O2＝NaCL+8NO2；

NaCLO2+4NO2＝NaCL+2N2O5；

还原工艺：

8NH3+6NO2＝7N2+12H2O。

首先采用炉内干法SNCR脱硝工艺处理掉烟气中NOX的70％。经过布袋除尘器出来的烟气进入在吸收塔与引风机之间的烟道中，雾化喷淋经催化激活后的脱硝剂溶液，将烟气中残余的NO氧化为NO2，然后烟气进入吸收塔，再喷淋适量氨基，使其转化为氮气和水，确保NOx排放浓度满足排放要求。

干法SNCR模块化设计，专人实地考察锅炉运行情况，制定开口位置，根据锅炉的运行负荷规律制定负荷变化运行方案。

氧化还原法脱硝剂系统主要由脱硝剂储罐、稀释罐、输送泵、加药泵、喷淋泵等组成。

为了保证脱硝剂与烟气的混合效果，我们采用了高效雾化喷嘴对脱硝剂溶液进行喷雾加注，实现其快速混合脱硝反应。脱硝剂加注单元设置在引风机与脱硫塔之间的烟道内，经催化激活后的脱硝剂，将烟气中残余的NO氧化成NO2，再经喷淋氨基还原剂，在适宜的温区将其转化为氮气和水。

此外，脱硝剂注加单元相配套的是脱硝剂的储存及输送系统。该系统主要包括脱硝剂储罐、计量泵、流量计及加注单元所需的雾化喷嘴等。

计量泵及所附属管线均采用316L材质或PPR材质，减少脱硝剂的腐蚀或氧化。

实际应用中的脱硝效果：

单台100t/h锅炉烟气量250000m³/h，烟气氮氧化物初始浓度约400mg/m³，经干法SNCR炉内脱硝后，氮氧化物浓度降至130mg/m³左右，再通过氧化还原法二次脱硝，降至100mg/m³以下，达到了国家规定的超低排放标准要求，继续加大脱硝剂投放量后可以达到50mg/m³以下，达到了设计要求。

除尘：

对含湿度较大的烟气通过凝并吸附，除去湿烟气中的微尘与水雾，再通过解吸回收微尘与液滴，其具体技术内容如下：湿法脱硫后含湿量较大的烟气自“兰金涡流微湿电除尘除雾器”底部，加速进入多环导流板位置后，由于导流板的巧妙设计，首先对烟雾化整为零，将烟气分为N等份，每份烟气处理量为每小时40～50立方米，然后使烟气一方面作多次变速变向运动，另一方面沿着相应的环流控制板作旋转上升运动，并带有特设的向心风力，这样含湿度较大的烟气在变速、变向的运动中，不同粒径的液滴与液滴之间、尘粒与尘粒之间、液滴与固粒之间，会互相碰撞，相互凝结，称之为凝并现象。就像滚雪球一样，越滚越大，而使液滴与尘粒变大进入下一级；在多环导向板的上方环卷内设有多层特殊设计制造的吸尘球在多向风力作用下作“公转”运动，而这些吸尘球在公转时，球与球之间会相互摩擦，从而产生自转，由于这些吸尘球的公转与自转，相互摩擦会产生“静电”，特设的吸尘球选用摩擦时极易产生静电的高分子配方树脂组成，对吸附在球面上的酸性小液滴与微尘解吸能力较差，不会因本设备内的风力再从球面带走微尘与微小液滴，更能提高除尘效率，稳定除尘除雾率。当然最主要的是烟气通过凝并作用后冲击各层球的表面，微小的液滴冲击到球的表面时，吸附在球面上形成水膜，随着水膜的增厚形成液滴，液滴在重力作用下流向导流板与微小的雾滴与微尘再凝并，大的水滴在重力作用下落入脱硫塔底，宝贵的水资源进入脱硫塔循环使用。同样，烟气中的微尘冲击球面时也会吸附在球面的液膜上，随着液膜增厚变成水滴，然后在重力的作用下流入塔底而被除去。

⑵设备构成

定位控制板、烟气导向板、环流控制墙板、流速控制盲板、负荷控制环、吸尘球、防波动止水除雾器、自动清洗装置。

⑶设备安装位置

本装置安装在脱硫吸收塔内的顶部(原除雾器位置)；

设备直径与脱硫塔直径相同；

设备总占用高度约750mm(不含支重架高度与清洗水管高度)；

⑷设备特点

①烟气除尘与脱硫实际运行过程很难处于理想状态，在实际运行过程中烟气量、烟气局部流速经常会发生变化，故此本除尘除雾器的各环流卷设计了负荷适应性移位控制环板，使各环流口为倒梯型，切面积为下小上大，这样当烟气量为设定值时，在各环流卷内烟速下大上小，而这些吸尘球是以设定的直径(固定受力面)与比重，必须达到设定烟气流速下，才能使吸尘球悬在空中，从而它会根据烟气的流速自动选定平衡的高度。那么当烟气量变小时，吸尘球所在的空中位置会自动降低，反之，自动升高，因为受力面相同，重力与烟气升力的平衡基本上由烟速来确定，本倒梯型设计可有效控制负荷在30～110％的情况下正常运行，保证吸尘球都可悬在空中公转或自传。

②当烟气量突然发生变化，与含尘量含水量变化较大时，及吸尘球含尘量较多时，一部分球体可能产生跳动，当出现球体跳动时，球面上的液滴会扬出，则会产生二次扬尘与二次雾化，则会使排放烟气浓度与含水浓度升高，甚至有吸尘球飞出本设备，故此在吸尘球流场的上方设置了一层防波动止水除雾器，保证在任何情况下，吸尘球不会飞出设备，也不会被吸尘球除去的水雾与微尘再产生二次雾化与扬尘。

③为适应高浓度情况下的除尘，设备特设了一套清洗装置，可定时和定阻力自动清洗。

④由于本设备脱水除雾能力强，且脱下来的水与烟气有效大的接触面积可再次吸收烟气中的SO2与水雾中本身所带的SO2一并回到脱硫塔底部，则相应可提高脱硫效率。一般情况下，原脱硫设施排放烟气含SO2浓度在200mg/Nm³时加装本涡流除雾器后，排放烟气含SO2浓度可达150mg/Nm³以下，可有效脱去50mg/Nm³左右。

⑤本技术设备采用的吸尘球为高分子树脂配方材质。其特性在于：该吸尘球摩擦产生静电后对酸性液体有较强的吸附力，一般塑料材质的吸尘球表面吸附酸性液体后，其外表受到10m/s切向风速时，其表面吸附的酸性液体基本上都会被风力带走，而解吸本吸尘球吸附酸性液体后其外表受到15m/s切向风力时基本不会被风力带走所吸附的液体。

⑸技术优势

①本设备同时高效完成二次除尘、二次脱硫及二次除雾；

②对锅炉负荷的变化与烟气浓度变化适应性强。与机组同步率100％；

③模块化生产现场施工周期短，对改造项目要求的停炉时间短。在原有脱硫塔上增加时无需增高塔体；

④操作管理简单，系统运行稳定可靠；

⑤低投资、低运行费用，投资费用约为湿式电除尘器的80％左右，运行费用约为湿电的5％左右，同样能达到超低排放要求，仅需少量的清洗水，总阻力约为300Pa。

实际应用中的除尘效果：

布袋除尘后颗粒物约30mg/m³。安装兰金涡流微湿电除尘除雾器后，出口颗粒物浓度小于10mg/m³，达到工业锅炉烟气超低排放限值，烟气拖尾从视觉上看减少约70％。

目前在综合应用中得出的实际效果：

干法SNCR工艺在该项目中的应用，将传统的湿法SNCR工艺在100t/h左右链条锅炉上应用的脱硝率从50％左右提高到70％左右(在35t/h至20t/h链条锅炉上应用脱硝率从25％左右提高到60％左右)，并有很好的节能降耗作用。干法SNCR在100t/h锅炉上应用与湿法SNCR相比，24小时节约近15吨水和近2吨标煤。

氧化还原法在该项目中的应用，因采用的还原剂是氨基，不会产生次生污染。解决了传统氧化法产生二氮和硝酸盐的问题。

兰金涡流微湿电除尘除雾器在该项目中的应用，与传统湿式电除尘技术相比，投资费用减少20％，运行费用减少95％(一台100t/h锅炉一天可节省电费700元左右)有很好的环保和经济效益。

Claims (6)

1.一种干法SNCR脱硝工艺，其特征在于：向锅炉烟道内直接喷入尿素颗粒，尿素颗粒在高温烟道内瞬间气化，尿素中的氨基将NOx还原，生成无毒无害的氮气和水，其主要化学反应方程式为4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O。

2.根据权利要求1所述的干法SNCR脱硝工艺，其特征在于：利用温度检测技术，准确测出炉膛内整个温度场真实温度，根据不同区域温度布置喷枪和喷量，实现脱硝的精细化控制，保证氨喷入量和氨逃逸受控；控制好还原剂在温度窗口内与烟气中NOx的接触时间，最大可能地提高脱硝效率；准确地设计好喷枪的位置、数量、角度、喷射距离等，保证雾化效果。

3.根据权利要求1所述的干法SNCR脱硝工艺，其特征在于：尿素可以直接喷射尿素颗粒，控制好尿素颗粒的粒径，以便气化。

4.根据权利要求1所述的干法SNCR脱硝工艺，其特征在于：尿素呈熔融状态的尿素，喷射出的尿素呈液滴状。

5.根据权利要求1所述的干法SNCR脱硝工艺，其特征在于：在尿素中加入适量钠盐添加剂。

6.根据权利要求1所述的干法SNCR脱硝工艺，其特征在于：在烟气中加入氧化剂，氧化剂为NaCLO2，其工艺为：

氧化工艺

烟气中的NO、NO2与激活脱硝剂发生反应，生成二氮和高价态氮氧化物：

NaCLO2+2NO＝NaCL+2NO2；

如果氮氧化物浓度高会发生以下反应：

NaCLO2+4NO＝NaCL+2N2O3；

NaCLO2+4N2O3+O2＝NaCL+8NO2；

NaCLO2+4NO2＝NaCL+2N2O5；

还原工艺：

8NH3+6NO2＝7N2+12H2O。