SCR-SNCR 脫硝工藝對超低排放脫硝效果的提升

劉 偉，梁海軍，郭孝偉，李慶東，馬 魯，徐 申

（濟寧中銀電化有限公司，山東 濟寧）

濟寧中銀電化有限公司（簡稱中銀電化）是一家有五十余年發展歷史的氯堿化工企業， 主要產品有30 萬t/a 離子膜燒堿，6 萬t/a 環己酮，4 萬t/a 糊樹脂，7 萬t/a 氯化苯和4 萬t/a 氯化石蠟等， 配套建設有2 臺75 t/h 循環流化床燃煤鍋爐。

中銀電化配套的75 t/h 循環流化床鍋爐主要以燃煤為主，是一種高效、低污染的新型鍋爐。 該爐采用了循環流化床燃燒方式，對煤種適應性好，可以使用褐煤、煙煤、無煙煤和貧煤，也可以使用煤泥、煤矸石等熱值較低的燃料， 燃燒效率達到95%～99%，尤其可以使用含硫較高的燃料，通過向爐內添加石灰石可顯著降低SO2的排放， 從而降低硫對設備的腐蝕和煙氣對環境的污染。 由于采用分級燃燒技術，可有效減少NOX的排放。 另外灰渣可以做水泥等材料的摻合料。

循環流化床鍋爐是一種自然循環的水管鍋爐。由燃燒室、爐膛、水冷旋風分離器、返料器組成循環燃燒系統，爐膛為膜式水冷壁結構，過熱器分二級過熱，中間設一級噴水減溫器，尾部設省煤器和一二次風預熱器。

1 環保規范標準

煤炭和電力在公司生產成本中占比較大。 隨著氯堿行業的競爭越來越激烈，中銀電化在燃煤鍋爐節能降耗新技術上不斷投入，響應國家在環保節能上的新標準、新制度，認真執行各項環保管理制度，堅持綠色發展理念， 推動節能減排和環保工作，嚴格遵守山東省地方標準，即《區域性大氣污染物綜合排放標準》（DB37/2376-2019）（以下簡稱標準）。

標準依據生態環境敏感程度、人口密度、環境承載能力三個因素， 將全省劃分為三類控制區，即核心控制區、重點控制區和一般控制區，由設區市人民政府劃定，報省生態環境主管部門備案。

新建和現有企業自本標準實施之日起，按所在控制區執行的排放濃度限值見表1。

表1 大氣污染物排放濃度限值 mg/m3

2 關于SCR-SNCR 工藝技術的實施和研究

循環流化床鍋爐爐內低氮燃燒無法滿足排放要求時，需要對排煙進行進一步凈化，煙氣凈化工藝主要有SNCR 脫硝和SCR 脫硝。

本文研究的裝置主體為中銀電化的2 臺75 t/h循環流化床燃煤鍋爐。 中銀電化于2016年底啟動并完成了燃煤鍋爐煙氣超低排放改造，煙氣污染物治理的工藝為“石灰石-石膏法”脫硫，SNCR 法（選擇性非催化還原， 氨水作還原劑）+低氮燃燒脫硝，濕式電除塵等綜合措施[1，2]。

改造后的燃煤鍋爐實現了二氧化硫、 氮氧化物、顆粒物排放濃度分別低于35 mg/m3、100 mg/m3、10 mg/m3，且穩定運行，滿足了山東省地方標準《區域性大氣污染物綜合排放標準》（DB37/2376-2019）的限值要求。 裝置改造后運行良好，鍋爐煙氣污染物穩定達標排放，為公司環保工作打好了基礎。

但根據《山東省火電廠大氣污染物排放標準》（DB37/664-2019）的要求，對鍋爐煙氣氮氧化物排放限值進行了修改，新標準將排放指標降低至50 mg/m3執行。中銀電化在煙氣超低凈化裝置的基礎上， 決定新增SCR 脫硝裝置， 即形成SCRSNCR 聯合工藝。

煙氣脫硝采用SNCR （選擇性非催化還原）和SCR（選擇性催化還原）相結合的脫硝工藝。 煙氣經爐膛出口被SNCR 系統脫硝處理，殘余氮氧化物流經上層省煤器后，與殘余氨氣在SCR 裝置上經催化劑作用再次脫硝， 進一步提升了鍋爐煙氣脫硝效率，確保煙氣氮氧化物排放最終≤50 mg/m3。

2.1 超低排放裝置SNCR 工藝流程

SNCR（選擇性非催化還原）脫硝系統原理是將氨水（質量濃度20%左右）稀釋后，通過霧化噴射系統直接噴入鍋爐合適溫度區域（850～950 ℃），氨水霧化后， 其中的氨與煙氣中NOX（NO、NO2等混合物）進行選擇性非催化還原反應，將NOX轉化成無污染的N2和H2O，達到降低NOX排放的目的。

鍋爐煙氣中氮氧化物和氨水反應，降低煙氣中氮氧化物含量， 高灰塵煙氣經除塵器布袋過濾，降低煙塵含量。 煙氣中二氧化硫和脫硫塔內脫硫液反應，降低煙氣中二氧化硫含量，脫硫后的煙氣經濕式電除塵進一步吸附煙塵，達標排放。

脫硝（SNCR）反應方程式：

2.2 SCR（選擇性催化還原法）工藝流程

利用原有煙氣超低凈化裝置，增加氨水噴射或蒸發系統，使氨水蒸發后通過噴氨格柵進入SCR 反應器入口煙道， 氨水和煙氣在催化劑的作用下，在SCR 反應器處發生還原反應，進一步降低氮氧化物濃度，使外排煙氣氮氧化物濃度低于50 mg/m3。

選擇性催化還原法（SCR）的基本原理是利用氨（NH3）對NOx 的還原功能，使用氨氣（NH3）作為還原劑， 將體積濃度小于5%的氨水通過氨氣噴槍噴入溫度為320～420 ℃的煙氣中，與煙氣中的NOx 混合后，擴散到催化劑表面，在催化劑作用下，氨氣（NH3） 將煙氣中的NO 和NO2還原成無害的氮氣（N2）和水（H2O） 。

脫硝（SCR）反應方程式如下。

催化反應方程式

抑制反應方程式

2.3 煙氣脫硫工藝流程

（1）煙風系統。 經除塵器除塵后的鍋爐煙氣通過引風機后進入吸收塔， 塔內SO2的吸收過程分為兩個階段，第一階段煙氣與噴淋脫硫液逆流接觸進行脫硫，第二階段煙氣經過充分接觸反應后進入折流板除霧器除霧，然后進入濕式電除塵處理后通過直排煙道引至大氣排放[1]。

（2）吸收塔系統。 在吸收塔底部設塔釜，與含硫煙氣接觸后的脫硫液落入塔釜， 由循環泵送至塔頂噴淋層上與煙氣進行充分反應。 吸收塔漿液流程為塔底出來的脫硫液進5 臺循環泵， 即大部分漿液重復使用，一部分經石膏泵送入壓濾系統處理。塔內設有5 層噴淋、2 層除霧器，且除霧器配有沖洗水系統。

（3）氧化系統。 與含硫煙氣充分反應后的漿液落到脫硫塔底部的塔釜， 脫硫漿液經原煙氣和SO2接觸后，pH 值降低，有利于氧化，氧化風機將空氣鼓入氧化塔，在攪拌機的作用下，空氣充分分散于漿液中，將亞硫酸鈣氧化為硫酸鈣[1]。

（4）漿處理系統。 石膏排出泵將塔釜內漿液送入水力旋流站，經過水力旋流站預脫水及石膏分級后，底部濃度、純度較高的石膏漿液進入真空帶式過濾機進一步脫水成為石膏，頂部濃度較低的濾液進入濾液池，通過濾液泵外排到脫硫塔補充脫硫塔液位或去化漿池化漿。 脫硫石膏在石膏庫堆放裝車外運。

（5）石灰石化漿系統。 系統采用石灰石作為脫硫劑。 石灰石通過廠區運輸車運送到脫硫場地石灰石粉倉，再根據工藝需要定時定量將石灰石加入化漿池中。 當定量加入工藝水后，根據加入水的量定量加入石灰石， 配成一定濃度的石灰石漿液并儲存。 供漿泵的輸送速度根據塔釜漿液pH 值的變化由供液泵變頻調節。

（6）濕式電除霧系統。 濕式靜電除塵除霧器是以阻燃乙烯基樹脂為粘合劑，以玻璃纖維及其制品為增強材料， 以碳纖維制品為導電材料而制成，具有導電性能好、重量輕、耐溫耐腐蝕、阻燃性好、性能穩定、效率高等優點。

煙氣超低凈化及SCR 脫硝工藝流程示意圖見圖1。

圖1 煙氣超低凈化及SCR脫硝工藝流程示意圖

3 SCR-SNCR 工藝改造完成前后脫硝效果的分析

為對比SCR-SNCR工藝脫硝改造前后的脫硝效果，本文以SCR-SNCR法脫硝裝置改造完成并投入運行的時間為界限， 匯總了改造前后各一年的鍋爐運行負荷、氨水使用量、煤炭消耗量、鍋爐煙氣中氮氧化物的排放量等指標，并以消耗單位體積的氨水脫除的氮氧化物的量來衡量改造后脫硝效果的提升。

3.1 SCR-SNCR 工藝改造前后的鍋爐蒸汽產量對比

以燃煤鍋爐改造前后每月生產蒸汽的量作為運行負荷的計算依據進行對比，見表2。

表2 改造前后兩年鍋爐蒸汽產量表 t

由表2 可知，燃煤鍋爐SCR-SNCR 工藝改造前后一年中鍋爐生產蒸汽的量作為比較鍋爐負荷的數據，由于SCR-SNCR 工藝改造實施當年的3月、4月停爐，沒有蒸汽產量，5月剛開始運行，產生蒸汽量少，數據不足以用來對比，其他各月產生蒸汽的量比較穩定，反映鍋爐運行負荷比較平穩，波動較小，滿足選取負荷數據的要求。

3.2 SCR-SNCR 工藝改造前后氨水使用量對比

因氮元素在氨水的氨中的化合價是-3，具有一定的還原性。 而煙氣中氮氧化物中的氮元素與氧結合顯正化合價，具有一定還原作用的顯示負化合價的氮元素在一定溫度和壓力下同正化合價的氮元素發生氧化還原反應，產生0價的氮氣，此反應也叫歸中反應。 鑒于這一原理，中銀電化使用20%的氨水作為燃煤鍋爐降低煙氣的還原劑。 其工作過程中的原理為將氨水霧化后，氨水中的氨與煙氣中NOX（一般是指NO、NO2等的混合物）， 進行選擇性非催化還原反應，將NOX轉化成無污染的N2和H2O，達到降低NOX排放的目的。對進行SCR-SNCR工藝改造前后1年當中鍋爐使用氨水的量做了記錄進行比較，見表3。

表3 改造前后兩年氨水用量情況表 t

由表3 中數據顯示，在進行SCR-SNCR 工藝改造后當年的3月、4月出現了停爐未添加氨水，5月剛點爐使用氨水的量比較少，在數據比較中可以省略，其他各月的氨水使用量均與表2 中鍋爐蒸汽產量基本匹配，可以作為比較數據。

使用“氨水用量/鍋爐蒸汽產量”即燃煤鍋爐生產蒸汽的噸耗氨水量來展現改造后對氨水的節約，表示氮氧化物脫除效率的提升，見表4。

表4 燃煤鍋爐生產蒸汽的氨水噸耗比較 t/t

由表4 可見，燃煤鍋爐經過SCR-SNCR 工藝改造后對煙氣的處理量更加徹底，改造后使用氨水的量均有所增加，說明煙氣在排放前反應掉的氮氧化物增加，煙氣排放中的氮氧化物含量得到進一步降低。

4 鍋爐煙氣中氮氧化物削減量

4.1 氮氧化物削減量對比

利用煤炭消耗量和煤炭中的含氮量，計算氮氧化物的產生量。 中銀電化采購的煤炭為一般煙煤，煤炭中平均含氮量約為1%， 根據改造前和改造后一年內煤炭使用量，結合煤炭分析結果中的各組分含量，計算出燃燒煤炭產生的氮氧化物的量，再從鍋爐煙氣在線監測數據中讀取出氮氧化物排放量，計算出氮氧化物的削減量，改造前后數據見表5。

表5 氮氧化物產生、排放及削減量 t

由表5 數據顯示，在進行SCR-SNCR 工藝改造后當年的3月、4月出現了停爐， 未添加氨水，5月剛點爐，使用氨水的量比較少。 這3 個月的數據不具有可比性，在對比過程中可省略。 其他各月的氨水使用量均與表2 中鍋爐蒸汽產量基本匹配，可以作為比較數據。 根據上述數據可以通過削減量與產生量的比值來對比過濾脫除氮氧化物的效率，見表6 和圖2。

圖2 燃煤鍋爐SCR-SNCR工藝改造前后煙氣中氮氧化物消除效率比較

表6 燃煤鍋爐進行SCR-SNCR工藝改造前后氮氧化物脫除效率比較 %

4.2 脫硝效率變化情況

由表3 和表4 數據計算出，改造前一年煙氣凈化裝置脫硝效率為90.25%，改造后一年煙氣凈化裝置脫硝效率為96.76%，脫硝效率提升了6.51%。

由于改造后一年內鍋爐煙氣脫硝劑（氨水）的總用量小于改造前一年的總數值， 通過計算得知，改造后平均消耗1 t 氨水可脫除0.79 t 氮氧化物，改造前平均消耗1 t 氨水則可脫除0.61 t 氮氧化物。

消耗同樣質量的氨水在煙氣脫硝中對于脫除煙氣中氮氧化物的變化是明顯的，更為突出了SCR 裝置投運后對于脫硝效率的提升。

5 結語

中銀電化SCR-SNCR 工藝改造后，鍋爐煙氣氮氧化物濃度穩定達標， 保障了鍋爐裝置正常供汽，即使是重污染天氣應急響應期間也可正常運行，為生產經營平穩進行奠定了基礎。 此外，脫硝效率的提升改變了氮氧化物脫除對于氨水的過度依賴，在一定程度上提高了氨水的使用效果，單位氨水脫除氮氧化物的量得以提升，節約了裝置綜合運行成本。