SNCR脱硝工程还原剂和循环流化床喷枪比较研究_sncr脱硝技术方案最终

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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。