300MW 机组SNCR 及SCR 系统调整安全与经济性研究

300MW 机组SNCR 及SCR 系统调整安全与经济性研究
摘要：为满足国家 NOx 超低排放要求，部分 300MW 机组需开展 SNCR+SCR 的技
术改造。

本文旨在通过对 SNCR+SCR 调整安全性与经济性分析，为脱硝系统的控
制与调整策略提供依据。

关键词：SNCR；SCR；安全性；经济性
一、概述
随着《煤电节能减排升级改造行动计划 (2014—2020 年 )》的实施，
火电厂大气污染物控制将实施超低排放 , 氮氧化物的排放质量浓度将降至 50mg/m3。

为
满足这一要求，部分300MW 机组需进行超低排放改造，而受炉型及用煤结构等因素的限制，各厂的改造方案不一，而其中很大部分采取了 SNCR+SCR 脱硝工艺的改造方案。

二、SNCR 脱硝原理及布置情况
SNCR 脱硝技术即选择性非催化还原技术，是一种不用催化剂，
在850 ～ 1100℃的温度范围内，将含氨基的还原剂（氨水、尿素溶液等）喷入炉内，
将烟气中的 NOx 还原脱除，生成氮气和水。

SNCR 脱硝反应受温度条件、停留时间、NH3/NO 摩尔比（NSR）、混合程度等因素的影响。

其中温度窗口是核心，反应温度超过 1000℃时，NH3 被氧化成 NOx，氧化反应起主导；反应温度低于 800℃时， NH3 与 NOx 的还原反应速率降低，造成未反应的 NH3 逃逸。

SNCR
脱硝过程实际上是上述两类反应相互竞争、共同作用的结果，如何选取合适的温度条件是该
技术成功应用的关键。

SNCR 系统改造主要包括：在炉内出口位置设置 SNCR 反应区，还原剂采用尿素。

SNCR
反应区域通常设置有三个区域，可在不同负荷工况下投用。

三、改造后脱硝系统对锅炉影响
1、SNCR 对锅炉燃烧安全的影响
SNCR 改造对锅炉燃烧的影响包括：（1）从喷入的位置看，最低的喷枪在锅炉标高 40m 处，已远离主燃烧区域。

（2）喷入炉内的尿素溶液量较小。

通过改造后的多台机组锅炉运
行情况来看，SNCR 系统改造对锅炉燃烧的稳定性影响不大，不会对锅炉燃烧的安全性造成影响。

2、SNCR 对锅炉四管安全性的影响
在 SNCR 区域，尿素溶液喷入炉膛后，受热分解产生 NH3，一部分与烟气中的氮氧化物
反应，一部分逃逸随烟气向后流动（SNCR 的氨逃逸较高，一般在 5 ～ 10ppm），由于烟气中氨浓度低，不会对过/ 再热器造成腐蚀。

但有相关案例表明，若尿素溶液喷枪雾化不好、堵塞、泄漏等，尿素溶液直接滴溅在水冷壁上，长时间会造成水冷壁的腐蚀爆管，所以在运行中应做好喷枪的定期检查及维护工作，停炉时应对喷枪附近及下方的水冷壁进行检查。

3、SNCR 对锅炉经济性的影响
SNCR 系统对锅炉效率的影响包括：随尿素溶液喷入炉膛，带入的除盐水在炉内吸热，造成锅炉排烟热损失增加。

根据 SNCR 工艺，尿素溶液在进入炉膛前，最终被稀释为 5 ～ 10%
浓度的尿素溶液，也就是说，每 1kg 尿素带着 9 ～ 19kg 水进入炉膛，水在炉膛内吸热造成锅
炉排烟损失。

4、超低改造后对空预器的影响
从机组运行情况来看，在进行 SNCR+SCR 的超低改造，对空预器的安全运行带来较大威胁，机组运行中调整不好，极易造成空预器的堵塞。

影响包括：
超低改造通常需新增一层催化剂，在通过增加催化剂用量实现NOx 超低排放的同时 , 会
导致脱硝系统出口的 SO3 质量浓度迅速提高 , 加大了空预器形成硫酸氢铵堵塞的风险。

脱硝效率越高 , 系统对 NH3 与烟气中 NOx 混合均匀性的要求就越高, 控制氨逃逸量的难
度增大, 空预器形成硫酸氢铵堵塞的风险也相应加大。

将 NOx 排放质量浓度控制到 50mg/m3 以内 , 日常运行中脱硝系统出口 NOx 质量浓度波
动范围可能在 20 ～ 50mg/m3, 易造成运行过量喷氨而引起氨逃逸增加。

四、SNCR 与 SCR 运行经济性分析
无论 SNCR 还是 SCR，还原剂费用都是最主要的运行成本，当然
还包括其它如电耗、蒸汽消耗、压缩空气消耗等，但和还原剂成本比都小的多，在此不
做考虑。

所以，SNCR 与 SCR 运行经济性的对比分析简化成尿素与液氨还原剂费用的对比分析，且为了方便对比，最终都换算成每脱除 1kg NO 花费多少钱。

SCR 主要反应式（目前液氨为还原剂）：4NH3+4NO+O2 → 4N2+6H2O
4NH3+2NO2+O2 → 6N2+6H2O
SNCR 主要反应式( 尿素为还原剂 )： 2NO+CO（NH2）2+1/2O2 → 2N2+CO2+2H2O 对于 SCR 系统，每脱除 1kg NO 花费 1.802 元。

对于 SNCR 系统，
每脱除 1kg NO 需要尿素，即花费尿素费用 2.129 元。

考虑每 1kg 尿素带着 9 ～ 19kg 水进入炉膛，从实际运行数据计算取 10kg，按锅炉排烟热损失计算，除盐水形成的排烟热损失为2600kJ/kg，则因带入的除盐水造成的排烟损失为 26000kJ，折算成标煤为 0.888kg，换算成费
用为
0.568 元，故 SNCR 系统每脱除 1kg NO 花费为 2.129+0.568=2.697 元。

从理论计算看，用
尿素是不经济的，每脱除 1kg NO，要比液氨多
0.895 元（0.698 元）。

但从安全的角度上去考虑，我们又希望 SNCR系统多去承担 NO 的脱除任务，保证空预器的安全。

五、SNCR 及 SCR 的控制注意事项
SNCR 及 SCR 的控制是否得当，一方面影响发电成本的高低，但
更重要的对设备的影响，尤其是下游的空预器设备，空预器的堵塞，造成锅炉风机耗电
增加，机组带不起负荷等一系列不良后果，因此，在机组运行中要确保空预器的安全，氨逃
逸的控制尤为重要，要关注以下问题：
重视 SCR 入口 NH3/NOx 混合均匀性，定期进行流场测试与调整。

用 SNCR 减轻 SCR 的负担，控制 SCR 入口的 NOx 浓度在合适范围内（500 ～ 600mg/m3）。

控制脱硝系统出口 NOx 浓度≮ 20mg/m3，在保证不超标的情况下尽量向高限靠，同时维持喷氨的平稳变化，避免出现出口 NOx 上升、急剧增加喷氨造成过调而引起氨逃逸超标的情
况发生。

结论
1、若仅从运行经济性考虑，用液氨是经济的，在低负荷时，应单
独采用 SCR, 降低脱硝运行成本。

从安全和经济性综合考虑，SNCR 与 SCR 按既定的控制
策略使用，同时控制 SCR 出口氨逃逸不超标。

2、低氮燃烧是比较经济的降低 NOx 的方法，控制 NOx 的顺序应该是调整好燃烧→调整
好SNCR2 →调整好 SCR。

虽然低氮燃烧与锅炉经济性有一定的矛盾，但在一定的情况下，可
酌情牺牲点锅炉经济性以换取整个脱硝系统最大的安全与经济。

3、超低排放的实现，不光是对设备提出了新的要求，对运行调整也提出了新的要求，
需要尽快适应超低排放改造后的各种设备和参数变化，不断摸索，以达到最优运行的目的。