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生物质锅炉环保要求及SNCR脱硝技术，如何选择合适的烟气脱硝喷枪呢

发布单位：河北思凯淋环保科技有限公司发布时间：2022-7-26

生物质锅炉环保要求及SNCR脱硝技术，如何选择合适的烟气脱硝喷枪呢

    一般情况下大于20t/以上的生物质锅炉需要安装在线环保监控系统，如果当地环保局NOX排放标准不高，通常也不需要安装脱硝装置，如果要求50mg以下，或更严格的标准是需要安装脱硝装置才可以达到环保排放的要求的。一般情况下小吨位生物质锅炉，环保要求不是执行严格的排放标准是不需要加装的。所以说具体要看当地的环保标准来定。河北思凯淋尿素喷枪销售部13733226322


    一、首先，依照的环保要求及执行标准，经过中国环保部认定:

    1.采用农林废弃物(秸杆、稻壳、木屑、树枝等)为原料，通过专门设备在特定工艺条件下加工制成的棒状、块状或颗粒状等生物质成型燃料，可有效改善农林废弃物的燃烧性能，其硫、氮和灰份含量较低，在配套的专用燃烧设备上应用，可实现清洁、高效燃烧，产生的二氧化硫、氮氧化物和烟尘较少，不属于高污染燃料。

    2.生物质成型燃料在城市中的推广应用要充分考虑当地环境空气质量控制要求和燃料供应的实际情况。在城市的燃气供应不能满足需求时，生物质成型燃料可作为一种替代燃料，并应以燃气的排放标准来要求;在大城市中心区的推广应用应当进行科学论证，并应提出更严格的大气污染物排放控制要求。

    3.在推广应用工作中，应当加强对生物质成型燃料生产和使用的监督管理，制定生物质成型燃料及配套专用燃烧设备的地方标准和技术规范，规范其生产和使用;在应用过程中，注意监测是否有二恶英类物质产生;生产、销售生物质成型燃料和配套专用燃烧设备的单位应具备相应资质，产品须经质量、安全、环保、节能等相关管理部门的认证，符合相关技术规定和标准。

    那么生物质锅炉应当如何选择合适的烟气脱硝设备呢？

    选择性非催化还原技术，简称SNCR技术，是目前最主流的烟气脱硝技术之一。用NH3或尿素等氨基还原剂喷入炉膛内，选择性的与烟气中的NOx进行氧化还原反应，不用催化剂，因此必须在高温区加入还原剂，最佳还原剂喷入炉膛温度为800~1050℃，在这个温度范围内，还原剂迅速分解出NH3并与烟气中的NOx进行SNCR反应生成，该方法以炉膛为反应器，最终产物为N2、CO2和H2O，无副反应，不会造成二次污染，实现了无毒排放。反应机理如下：

    氨水为还原剂

    4NO + 4NH3 + O2 4N2+ 6H2O

    4NO2 + 2NH3 + O2 3N2 + 6H2O

    脱硝剂为还原剂

    CO(NH2)2+H2O NH2COONH4 2NH3+CO2

    4NO + 4NH3 + O2 4N2 + 6H2O

    4NO2 + 2NH3 + O2 3N2+ 6H2O

    本设计采用脱硝剂做还原剂，没有溢出风险，设备投资成本低。

    3.1.2影响效果的主要因素

    温度：NOx的还原反应发生在特定的温度范围内（最佳反应温度800℃~1050℃）；

    停留时间：指反应物在反应器内总的停留时间，在此时间内，NH3、尿素等含氨基的还原剂与烟气混合、水的蒸发、还原剂的充分分解和NOx的还原等步骤必须完成；停留时间的大小取决于锅炉的气路尺寸和烟气流经锅炉气路的气速；SNCR系统中，停留时间0.5S就足够了；

    混合程度：要发生还原反应，还原剂必须与烟气分散和混合均匀；混合程度取决于锅炉的形状与烟气通过锅炉的方式；

    NH3/NOx摩尔比（化学当量比）。

    3.1.3技术优点

    选择性非催化还原技术（SNCR技术）脱硝效率为40%~60%，建设周期短、投资少、比较适合中小型锅炉烟气脱硝治理项目。该技术早在20世纪70年代就被日本使用，80年代、90年代该技术在欧美国家得到推广，经过几十年的应用及优化，该技术已经相当成熟，在还原剂喷射温度窗800℃~1100℃之间、NH3/NOx摩尔比1~2、停留时间1S时，理论最大脱硝效率达到了82%，我司在实际运用案例中已经做到了77%的脱硝效果。

    3.2工艺路线

    本项目SNCR系统主要包括：还原剂制备系统、还原剂加压系统、还原剂稀释计量控制系统、控制系统和喷射系统五部分。还原剂制备系统实现脱硝剂溶液的配置及储存的功能，还原剂加压系统为工作介质加压，在PLC控制系统的控制下，根据实际工况和NOx排放浓度情况，自动调整所需的喷射量，送入喷射系统，喷射系统实现各尿素喷枪的尿素溶液分配和雾化喷射，还原剂的供应量能满足锅炉不同负荷的要求。

    整套电气控制系统调节方便、灵活、可靠，在实现了设备间的联动控制。锅炉脱硝整体工艺流程如下：

    3.3 SNCR脱硝工艺简述

    本脱硝系统可用液氨、氨水和尿素做还原剂，考虑到客户对还原剂原材料的供应、运输、储存、安全性以及脱硝效率等因素，本项目设计采用脱硝剂作为还原剂。系统配置一套脱硝剂溶解系统及脱硝剂溶液储存系统。

    双流体喷嘴将脱硝剂溶液雾化后喷入锅炉。脱硝剂溶液在锅炉内热分解出氨，与锅炉内的NOx在适温下发生还原反应，还原成氮气和水，从而脱除烟气中氮氧化物。

    SNCR脱硝工艺框架流程图

    在选择性非催化还原（SNCR）的氮氧化物去除的过程中，还原剂是以液态（氨水、尿素、脱硝剂溶液）或气态的形式（氨气）喷射到800℃~1050℃的高温烟气窗口中，通过还原反应后最终形成氮气、水和二氧化碳，从而降低烟气中氮氧化物。

    脱硝剂的SNCR脱硝化学反应式如下：

    CO(NH2)2+H2O NH2COONH4 2NH3+CO2

    4NO + 4NH3 + O2 4N2 + 6H2O

    2NO2 + 4NH3 + O2 3N2 + 6H2O

    本项目的SNCR系统采用模块化设计的理念，几乎全部的设备都安装在预先在工厂经过测试的模块上，减少了现场的安装和调试工作。SNCR系统主要有还原剂制备系统，还原剂加压系统，还原剂计量分配系统，控制系统、还原剂喷射系统，下面将对主要设备分别进行说明。

    三、SNCR脱硝系统配置

    本项目采用以脱硝剂为还原剂的SNCR脱硝系统，系统主要包括：还原剂制备系统、还原剂加压系统、还原剂计量分配控制系统、PLC控制系统、还原剂喷射系统。

    3.1还原剂制备系统

    还原剂制备系统主要包括脱硝剂开料罐、脱硝剂溶液输送泵、脱硝剂溶液储罐等。

    脱硝剂开料罐

    开料罐罐体材料采用SUS304不锈钢制造，设计容量1.6m ，配置溶剂搅拌电机（无50℃以上热水的锅炉房需加装蒸汽加热装置），罐体配置液位显示装置、温度显示装置。

    输送泵

    输送泵选用南方泵业卧式离心泵，输送量12m /h。将溶解好的脱硝剂液输送至储罐之中备用。

    脱硝剂溶液储罐

    储罐罐体材料采用SUS304不锈钢制造，设计容量8m ，罐体配置液位显示装置、液位传感器、蒸汽加热盘管、检修入口等。

    3.2还原剂加压系统

    还原剂加压系统采用自主专利技术对整套加压系统进行封装优化，做成了还原剂恒压加压模块，模块包含两组独立的泵组（一备一用），主要设备包括：卧式多级离心泵、背压阀、逆止阀、过滤器、压力表等，外形简洁美观，管路联接口分布合理，安装快捷方便。

    3.3还原剂计量分配系统

    还原剂计量分配系统采用自主专利技术对整套计量分配进行封装优化，并可与PID控制系统对接，模块的计量分配包括独立的液路和气路，实现了还原剂用量的总量把控，及每支喷枪的还原剂用量可计量可控制，压缩空气也在该设备内被平均分配到每支喷枪中，集成化控制。主要设备包括：电动执行球阀、流量传感器、还原剂精密过滤器、压缩空气过滤器、还原剂分配器、压缩空气分配器、压力表、不锈钢转子流量计、PID控制器等。设备集成度高，整体结构简洁紧凑，安装简便操作方便，液、气管路联接分布整齐合理。

    3.4 控制系统

    控制系统主要设备包括PID（或PLC）控制器、触控屏、液位传感器、压力传感器、流量传感器、温度传感器、接触器、电磁阀等，拥有给定流量控制和全自动化控制两种控制模式，在直接引入用户的在线监测模拟量信号后，做到根据烟气中NOx浓度自动控制还原剂喷射用量，并且能够记录整理系统运行数据，帮助用户不断优化控制属性，达到脱硝设备与锅炉的最佳配合。该控制系统自动化程度高、人机界面友好。

    3.5还原剂喷射系统

    还原剂喷射系统主要设备为雾化介质喷枪，采用国外先进技术生产的双流体喷嘴，在SNCR脱硝上有大量成功使用业绩。喷枪采用压缩空气来雾化脱硝剂溶液，采用耐热不锈钢制造。喷枪包括喷嘴头、加长杆、混合器、连接枪座等主要部件组成，喷枪通过软管与脱硝剂溶液管、压缩空气管连接。只要锅炉运行这些喷枪全部投运，在日常的使用当中，即使不喷射脱硝剂溶液，只需维持压缩空气的不间断供应，就能维持喷管的基本散热要求，不易损坏。

    喷枪选用耐高温的310S不锈钢材质，适应流量为10~80L/h，采用0.3~0.6 MPa压缩空气雾化介质，雾化形状为扇形。

    四、设备性能指标

    本项目的SNCR脱硝装置保证满足以下性能指标：

    1、烟气处理能力105000Nm /h；

    2、处理前烟气中NOx含量按300mg/Nm （含氧量6%，干基）计算，处理后烟气中NOx含量低于100 mg/Nm ，到达低排放标准，或脱硝效率不低于50%；

    3、设计NH3/NOx摩尔比为1~1.8；

    4、设计氨逃逸率小于8ppm；

    5、采用脱硝剂作为还原剂，消耗量为3.63 kg/h（锅炉100%负荷的情况）；

    6、设备总体平均耗电量低于2kW；

    7、安全、消防、环保、劳动卫生等按照中国国家相关规定执行。

    五、成本分析

    5.1 SNCR脱硝系统投资成本

    SNCR脱硝系统固定资产投资成本详见报价单（见附件）。

    5.2 SNCR脱硝设备运行成本（理论计算值）

    （1）还原剂消耗量

    脱硝剂消耗量：

    NOx减排总量MNOx = Vo × NOx

    =105000Nm3/h ×200mg/Nm3

    =21.00kg/h

    取NH3/NOx摩尔比为1，NOx相对分子质量为30.8（NO2含量为5%，NO含量为95%），NH3相对分子质量为17，则NH3消耗量为：

    脱硝剂热解制氨系数为0.57，则所需脱硝剂用量为11.59÷0.57=20.33kg/h。按脱硝剂与软化水的配比1：4，每小时需要的脱硝剂溶液为101.65kg。

    （2）电耗量

    加压泵组电功率1.1kW/h，搅拌电机电功率1.5kW/h使用率16%（4/24），输送泵电功率0.55kW/h使用率16%（4/24），控制系统及传感元器件用电0.3kW/h。

    总耗电量为：

    1.1+1.5×16%+0.55×16%+0.3=1.8kW/h

    （3）软水消耗量

    软水用于配置20%脱硝剂溶液，消耗量为

    20.33kg/h÷20%×80%=81.32kg/h

    （4）成本计算

    市场上脱硝剂成本在3500元/吨即3.5元/kg左右波动）；

    电费按0.8元/ kWh计算；

    用水成本略。

    运行成本估算值见下表：

    序号项目用量单价每吨蒸汽运行成本备注

    1脱硝剂用量20.33kg/h3.5元/kg2.03元满负荷运行工况下估算数据

    2系统耗电量1.8kW/h0.8元/ kWh0.05元

    3系统耗水量\\\

    4合计\\2.08元