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1.概述
某电厂环保综合治理项目改造规模为3台220t/h高温高压固态排渣煤粉锅炉。目前已经全部投运，锅炉型号为武锅WGZ220/9.8-13。
随着国家《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）的强制实施，对已经投入运营的锅炉项目，单炉容量大于20t/h的锅炉，必须加装烟气脱硫、脱硝设施，要求烟气NOX排放浓度控制在100mg/Nm3之内，SO2排放浓度控制在50mg/Nm3之内，烟尘排放浓度控制在20mg/Nm3之内。改造前，该厂单炉烟气NOX排放浓度约为750mg/Nm3，SO2排放浓度约为5350mg/Nm3，烟尘排放浓度约为200mg/Nm3。
本文主要对该项目3台220t/h锅炉脱硝改造的技术途径等进行分析论证。
2.改造内容
2.1还原剂选择
考虑到液氨运输过程的危险性，本次脱硝系统采用尿素热解气化产生的NH3作为还原剂，三台锅炉共用一套尿素熱解气化装置。尿素热解、气化均在厂内进行，设备利用率大于98%。
2.2脱硝技术原理
燃煤锅炉生成的NOX主要由NO、NO2及微量的N2O组成，其中NO含量超过90%，NO2约占5%～10%，N2O只有1%左右。目前国内脱硝工艺大多采用还原法工艺，即在锅炉燃烧过程中向烟气中喷射氨气，使其在合适的温度或者有催化剂条件下将NOX还原，这是燃煤锅炉控制NOX排放的主要机理途径。该工艺有三种技术路线：（1）锅炉炉膛喷射还原剂的选择性非催化还原法（简称SNCR）；（2）炉内烟道喷射还原剂的选择性催化还原法（简称SCR）；（3）SNCR与烟道型SCR联合脱硝。
2.2.1 SNCR脱硝
SNCR技术就是利用机械式喷枪将氨基还原剂溶液雾化成液滴喷入炉膛，热解生成气态NH3，在950～1050℃温度区域（通常为锅炉对流换热区）和没有催化剂条件下，NH3与NOX进行选择性非催化还原反应，将NOX还原成N2与H2O。喷入炉膛的气态NH3同时参与还原和氧化两个竞争反应：温度超过1050℃时，NH3被氧化成NOX，氧化反应起主导；低于1050℃时，NH3与NOX的还原反应为主，但反应速率降低。
现代SNCR技术可以控制NOX排放浓度降低20～50%，脱硝效率随机组容量增加，炉膛尺寸大，机组负荷变化范围扩大，增加了SNCR反应温度窗口与还原剂均有混合的控制难度，致使脱硝效率下降。对于小容量锅炉，效率可达到40%左右。
2.2.2 SCR脱硝
SCR技术就是把还原剂氨气喷入锅炉尾部下游300～400℃的烟道内，在催化剂作用下，将烟气中NOX还原为无害的N2和H2O。
SCR工艺需在烟道上增设一个反应器（催化剂）。由于受制于锅炉烟气参数、飞灰特性及空间布置等因素，SCR工艺主要分三种：高灰型（HD型）、低灰型（LD型）和尾部型（TE型）等。高灰型SCR是主流布置，工作环境相对恶劣，催化剂活性惰化较快，但烟气温度合适（300～400℃），经济性最高。SCR技术脱硝效率可以达到95%，NOX排放浓度可控制到50mg/Nm3以下。
2.2.3 SNCR+SCR联合法脱硝
SNCR+SCR 联合法技术是SNCR工艺的还原剂喷入炉膛技术同SCR工艺利用逸出的氨气进行催化反应结合起来，从而进一步脱除NOX，是把SNCR低费用的特点同 SCR工艺的高效脱硝率及低的氨逸出率有效结合。理论上，SNCR工艺在脱除了部分NOX的同时为后面的SCR催化法提供了所需的NH3。
2.2.4脱硝工艺选择
SCR脱硝工艺和SNCR+ SCR联合脱硝工艺均可达到《火电大气污染物排放标准》脱硝排放要求，但SCR技术具有工程量大、运行成本高、投资高的局限性。
结合本项目的实际情况，本工程按SNCR+SCR联合法设计。
2.3 SNCR+SCR脱硝工艺系统
2.3.1 SNCR脱硝工艺系统
SNCR技术是利用机械式喷枪将氨基还原剂（如氨气、氨水、尿素）溶液雾化成液滴喷入炉膛，热解生成气态NH3，在950～1050℃温度区域（通常为锅炉对流换热区）和无催化剂条件下，NH3与NOX进行选择性非催化还原反应，将NOX还原成N2与H2O。喷入炉膛的气态NH3同时参与还原和氧化两个竞争反应：温度超过1050℃时，NH3被氧化成NOX，氧化反应起主导；低于1050℃时，NH3与NOX的还原反应为主，但反应速率降低。
2.3.2 SCR脱硝工艺系统
选择性催化还原（SCR）法脱硝技术是指在催化剂和氧气存在的条件下，在较低的温度范围（280～420℃）内，还原剂（如氨、CO或碳氢化合物等）有选择地将烟气中的NOX还原生成为N2和水来减少NOX排放的技术。因为整个反应具有选择性和需要催化剂存在，故称之为选择性催化还原（SCR）。
SCR反应器是整个脱硝系统最主要设备，是提供烟气中的NOX与NH3在催化剂表面上生成N2和H2O的场所。反应器采用高温高尘布置，设置在省煤器之后，空气预热器之前，依靠锅炉主体钢架结构布置。反应器内设置三层催化剂，初期布置二层，催化剂寿命达到更换时间后，加装备用层，以后三层使用，每3-5年一个周期，每次更换一层催化剂。
2.3.5工艺流程
本项目采用尿素作为还原剂，主要工艺流程为：尿素颗粒由螺旋给料机输送到溶解罐里，用除盐水将固体尿素溶解成50%质量浓度的尿素溶液，输送到尿素溶液储罐；尿素溶液经由供料泵、计量装置、雾化喷嘴等进入绝热分解室，进行分解，生成NH3、H2O和CO2，分解产物由氨喷射系统进入锅炉脱硝烟道，与烟气在SCR反应器中催化剂的作用下发生反应，生成无污染的N2和水，去除NOX。反应后的烟气经空预器、除尘器进入脱硫系统。
3.结论
本文从多角度对适合的脱硝技术路线进行了论证与比较，推荐锅炉脱硝采用SNCR+SCR联合脱硝技术，脱硝装置的利用率大于98%，脱硝效率大于87%，氨逃逸率小于3ppm，设备年利用小时数为8000小时。脱硝后NOX排放浓度小于100mg/Nm3，达到《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）排放要求，将对该地区的环境改善做出重要的贡献，符合国家现行的污染物排放标准，具有良好的节能减排和社会效益。
某电厂环保综合治理项目改造规模为3台220t/h高温高压固态排渣煤粉锅炉。目前已经全部投运，锅炉型号为武锅WGZ220/9.8-13。
随着国家《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）的强制实施，对已经投入运营的锅炉项目，单炉容量大于20t/h的锅炉，必须加装烟气脱硫、脱硝设施，要求烟气NOX排放浓度控制在100mg/Nm3之内，SO2排放浓度控制在50mg/Nm3之内，烟尘排放浓度控制在20mg/Nm3之内。改造前，该厂单炉烟气NOX排放浓度约为750mg/Nm3，SO2排放浓度约为5350mg/Nm3，烟尘排放浓度约为200mg/Nm3。
本文主要对该项目3台220t/h锅炉脱硝改造的技术途径等进行分析论证。
2.改造内容
2.1还原剂选择
考虑到液氨运输过程的危险性，本次脱硝系统采用尿素热解气化产生的NH3作为还原剂，三台锅炉共用一套尿素熱解气化装置。尿素热解、气化均在厂内进行，设备利用率大于98%。
2.2脱硝技术原理
燃煤锅炉生成的NOX主要由NO、NO2及微量的N2O组成，其中NO含量超过90%，NO2约占5%～10%，N2O只有1%左右。目前国内脱硝工艺大多采用还原法工艺，即在锅炉燃烧过程中向烟气中喷射氨气，使其在合适的温度或者有催化剂条件下将NOX还原，这是燃煤锅炉控制NOX排放的主要机理途径。该工艺有三种技术路线：（1）锅炉炉膛喷射还原剂的选择性非催化还原法（简称SNCR）；（2）炉内烟道喷射还原剂的选择性催化还原法（简称SCR）；（3）SNCR与烟道型SCR联合脱硝。
2.2.1 SNCR脱硝
SNCR技术就是利用机械式喷枪将氨基还原剂溶液雾化成液滴喷入炉膛，热解生成气态NH3，在950～1050℃温度区域（通常为锅炉对流换热区）和没有催化剂条件下，NH3与NOX进行选择性非催化还原反应，将NOX还原成N2与H2O。喷入炉膛的气态NH3同时参与还原和氧化两个竞争反应：温度超过1050℃时，NH3被氧化成NOX，氧化反应起主导；低于1050℃时，NH3与NOX的还原反应为主，但反应速率降低。
现代SNCR技术可以控制NOX排放浓度降低20～50%，脱硝效率随机组容量增加，炉膛尺寸大，机组负荷变化范围扩大，增加了SNCR反应温度窗口与还原剂均有混合的控制难度，致使脱硝效率下降。对于小容量锅炉，效率可达到40%左右。
2.2.2 SCR脱硝
SCR技术就是把还原剂氨气喷入锅炉尾部下游300～400℃的烟道内，在催化剂作用下，将烟气中NOX还原为无害的N2和H2O。
SCR工艺需在烟道上增设一个反应器（催化剂）。由于受制于锅炉烟气参数、飞灰特性及空间布置等因素，SCR工艺主要分三种：高灰型（HD型）、低灰型（LD型）和尾部型（TE型）等。高灰型SCR是主流布置，工作环境相对恶劣，催化剂活性惰化较快，但烟气温度合适（300～400℃），经济性最高。SCR技术脱硝效率可以达到95%，NOX排放浓度可控制到50mg/Nm3以下。
2.2.3 SNCR+SCR联合法脱硝
SNCR+SCR 联合法技术是SNCR工艺的还原剂喷入炉膛技术同SCR工艺利用逸出的氨气进行催化反应结合起来，从而进一步脱除NOX，是把SNCR低费用的特点同 SCR工艺的高效脱硝率及低的氨逸出率有效结合。理论上，SNCR工艺在脱除了部分NOX的同时为后面的SCR催化法提供了所需的NH3。
2.2.4脱硝工艺选择
SCR脱硝工艺和SNCR+ SCR联合脱硝工艺均可达到《火电大气污染物排放标准》脱硝排放要求，但SCR技术具有工程量大、运行成本高、投资高的局限性。
结合本项目的实际情况，本工程按SNCR+SCR联合法设计。
2.3 SNCR+SCR脱硝工艺系统
2.3.1 SNCR脱硝工艺系统
SNCR技术是利用机械式喷枪将氨基还原剂（如氨气、氨水、尿素）溶液雾化成液滴喷入炉膛，热解生成气态NH3，在950～1050℃温度区域（通常为锅炉对流换热区）和无催化剂条件下，NH3与NOX进行选择性非催化还原反应，将NOX还原成N2与H2O。喷入炉膛的气态NH3同时参与还原和氧化两个竞争反应：温度超过1050℃时，NH3被氧化成NOX，氧化反应起主导；低于1050℃时，NH3与NOX的还原反应为主，但反应速率降低。
2.3.2 SCR脱硝工艺系统
选择性催化还原（SCR）法脱硝技术是指在催化剂和氧气存在的条件下，在较低的温度范围（280～420℃）内，还原剂（如氨、CO或碳氢化合物等）有选择地将烟气中的NOX还原生成为N2和水来减少NOX排放的技术。因为整个反应具有选择性和需要催化剂存在，故称之为选择性催化还原（SCR）。
SCR反应器是整个脱硝系统最主要设备，是提供烟气中的NOX与NH3在催化剂表面上生成N2和H2O的场所。反应器采用高温高尘布置，设置在省煤器之后，空气预热器之前，依靠锅炉主体钢架结构布置。反应器内设置三层催化剂，初期布置二层，催化剂寿命达到更换时间后，加装备用层，以后三层使用，每3-5年一个周期，每次更换一层催化剂。
2.3.5工艺流程
本项目采用尿素作为还原剂，主要工艺流程为：尿素颗粒由螺旋给料机输送到溶解罐里，用除盐水将固体尿素溶解成50%质量浓度的尿素溶液，输送到尿素溶液储罐；尿素溶液经由供料泵、计量装置、雾化喷嘴等进入绝热分解室，进行分解，生成NH3、H2O和CO2，分解产物由氨喷射系统进入锅炉脱硝烟道，与烟气在SCR反应器中催化剂的作用下发生反应，生成无污染的N2和水，去除NOX。反应后的烟气经空预器、除尘器进入脱硫系统。
3.结论
本文从多角度对适合的脱硝技术路线进行了论证与比较，推荐锅炉脱硝采用SNCR+SCR联合脱硝技术，脱硝装置的利用率大于98%，脱硝效率大于87%，氨逃逸率小于3ppm，设备年利用小时数为8000小时。脱硝后NOX排放浓度小于100mg/Nm3，达到《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）排放要求，将对该地区的环境改善做出重要的贡献，符合国家现行的污染物排放标准，具有良好的节能减排和社会效益。