摘 要：某热电厂二期工程装设3台WGZ220/9.8-13型高温高压固态排渣煤粉锅炉，自2013年12月起对3台锅炉实施了脱硫、脱硝和除尘改造。文章对改造工程中选择尿素SNCR+SCR联合脱硝工艺的过程、建设和运行情况等做出回顾和分析，提出在煤粉锅炉上应用SNCR+SCR联合脱硝工艺的意见和建议。

关键词：尿素；SNCR+SCR；联合脱硝；煤粉锅炉

某热电厂二期工程装设3台WGZ220/9.8-13型高温高压固态排渣煤粉锅炉，额定蒸发量220t/h，于2003年至2004年初相继投入运行。锅炉燃料为陕西彬长、黄陵及铜川矿区的烟煤，含硫量不大于1.8%。为满足《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）的要求，自2013年12月起对3台锅炉实施脱硫、脱硝和除尘改造，2014年6月至9月相继改造完毕并投入运行。一年多来，3台锅炉始终处于稳定运行状态，各项烟气排放指标均满足新建工程的大气污染物特别排放限值的要求。文章对改造工程中选择尿素SNCR+SCR联合脱硝工艺的过程、建设和运行情况等做出回顾和分析，供相关技术人员借鉴。

1 脱硝工艺的选择

根据当地市政府决策，烟气NOX排放浓度应控制在100mg/Nm3之内，按所在省环保厅发布的文件规定脱硝还原剂只能选择尿素，业主确定装置寿命期按10年考虑。

锅炉原先未采取任何脱硝措施，根据环保监测情况，确定设计初始NOX排放浓度为750mg/Nm3。考虑到燃煤挥发分较高，首选低氮燃烧改造，借鉴同煤质电厂的改造经验，确定炉膛出口NOX排放浓度保证值为350mg/m3。

煤粉锅炉燃烧部位以后的常规脱硝工艺为SCR法，其脱硝反应器需拉出布置在炉后。但本项目炉后与除尘器之间的距离较近，反应器布置极为困难；其次，如采用SCR法，需为每台锅炉增设40余米高的钢架吊挂反应器，工程量和投资很大，业主的资金压力较大；再次，由于施工场地狭小，采用SCR法必然与紧邻的电除尘改造出现交叉施工，工期难以安排。

经调研和论证，最终决定采用SNCR+SCR联合脱硝工艺解决上述难题。该工艺主要流程为：在850～1100℃温度窗口，将尿素喷入炉膛或烟道，先把部分NOX还原成N2，此过程被称为选择性非催化还原（SNCR）；烟气中剩余的NOX及尿素热解产生的NH3进入后部烟道，在310℃～420℃温度窗口和催化剂的作用下进一步完成脱硝还原反应，此过程被称为选择性催化还原（SCR）。就本项目而言，由于该工艺增加了SNCR处理环节，不需要设置NH3混合均流区，催化剂用量亦可减为一层，所以经计算反应器可以布置在既有锅炉钢架之内，从而解决了场地布置困难和工期不足的问题，经询价投资可减少1200万元以上。

2 尿素SNCR+SCR联合脱硝装置的建设和运行情况

尿素SNCR+SCR联合脱硝工艺实施成功的关键在于：在锅炉各种可能运行工况下，SNCR和SCR反应区域的烟气温度都能保持在各自温度窗口的中间值附近。通过对锅炉设计资料和实际运行工况的分析研究，最终方案为：SNCR反应区域设置在过热器烟道侧，在烟气温度不同的位置各设一组尿素喷枪，通过切换喷枪来满足反应温度要求；SCR反应区域设置在高温省煤器后，通过对高温省煤器进行改造，使该区域的温度在锅炉各种可能运行工况下均满足要求。

运行证明上述方案实施的非常成功，烟气NOX排放浓度完全控制在100mg/Nm3之内，部分时间在50mg/Nm3之内。前两台锅炉在试运行期间，先后因尿素滴液腐蚀发生爆管事故，经有针对性的调整喷枪伸入位置和采取保护措施后，各炉运行平稳。

3 尿素SNCR+SCR联合脱硝工艺的技术和经济分析

3.1 SNCR+SCR联合脱硝工艺的技术分析

烟道内的脱硝工艺就工作原理来讲，都是通过化学反应，将烟气中的氮氧化物还原为氮气；其反应的完全程度（亦即脱硝效率）与反应区域的烟气温度高低存在密切联系，当处于温度窗口的中间值时脱硝效率最高，偏离时脱硝效率下降，如处于温度窗口之外，则基本上没有脱硝效果。

对于SCR脱硝工艺，尿素溶液首先在专用的热解炉中热解产生氨气，然后将氨气与烟气混合均匀后在SCR反应区域进行还原反应，因此只要该反应区域的烟气温度处于温度窗口的中间值附近，就可以保证脱硝效率。SNCR+SCR联合脱硝工艺则相对复杂，先后在 SNCR反应区域和SCR反应区域分别进行还原反应，要保证脱硝效率，必须使两个反应区域的烟气温度都处于各自温度窗口的中间值附近。烟气温度理论上和锅炉负荷相对应，但在实际运行中，受煤质、煤粉细度、氧量和燃烧调整等因素影响，烟气温度场分布不可避免会出现偏差，尤其是SNCR反应区域的烟气温度变化更为剧烈、频繁。对SNCR+SCR联合脱硝工艺而言，很难保证两个反应区域的烟气温度都处于各自温度窗口的中间值附近；往往这个区域合适了，那个区域又偏离了，现在合适了，转瞬又偏离了。因此脱硫效率随之不断变化，烟气NOX排放浓度变动幅度较大且频繁。对SNCR+SCR联合脱硝工艺而言，当脱硫效率下降，烟气NOX排放浓度较大时，除了切换尿素喷枪外，没有其他及时有效的调控手段；煤粉锅炉的运行操作人员往往只能通过增加尿素喷入量来限制其上升幅度，而难以对反应区域的烟气温度直接进行控制。这样一方面增加了尿素的消耗量（在烟气NOX排放浓度指标要求较高时尤其如此，与SCR法相比全年尿素消耗量高出一倍左右）；另一方面部分反应不完全的尿素及其热解产物吸附在飞灰上排出炉外，影响飞灰的品质和经济价值，并最终进入环境对其产生负面影响。

同时，对于SNCR+SCR联合脱硝工艺，尿素溶液喷入锅炉前需要再次用水稀释，稀释后的尿素浓度平均在10%左右，其中的水分进入锅炉后将吸收热量汽化，这样就对锅炉造成了一定的热损失。SCR法固然也存在类似的问题，但该工艺进入系统的一般是不经稀释的尿素溶液，尿素浓度在40%左右，水的含量要小得多，相应的热损失就小得多。与SCR法相比，采用SNCR+SCR联合脱硝工艺锅炉效率降低0.6%左右，表现为锅炉在相同工况下的耗煤量增大。

综上所述，与SCR法相比，SNCR+SCR联合脱硝工艺的对负荷变化、煤质变化的适应性相对较差，能耗较大，对环境的影响较为不利。

3.2 SNCR+SCR联合脱硝工艺的经济分析

与SCR法相比，SNCR+SCR联合脱硝工艺一般不需要设置热解炉和脱硝反应器钢架，初投资低30%左右。从运行成本来说，SNCR+SCR联合脱硝工艺的尿素和燃煤的消耗量大，但电耗低，相抵后与SCR法相比运行成本仍明显偏高。一般来说，对于装置寿命期较短的锅炉改造项目、季节性运行的锅炉、调峰和备用锅炉，固定资产折旧费在成本费用中的占比较大。而SNCR+SCR联合脱硝工艺的初投资低，相应的折旧费较低，此时在经济性上占有一定优势。

4 意见和建议

对于装置寿命期较短的煤粉锅炉改造项目、季节性运行的煤粉锅炉、调峰和备用煤粉锅炉，建议根据项目的具体情况，选择SNCR+SCR联合脱硝工艺与其他脱硝工艺进行综合技术和经济对比分析，确定最佳的脱硝技术方案。根据我们的调研、论证和运行经验，该工艺如要在煤粉锅炉上成功应用，应同时具备以下条件：（1）环保要求不能太高，烟气NOX排放浓度控制指标不应小于100mg/Nm3。（2）锅炉负荷应稳定，锅炉在运行中的蒸发量不宜低于额定值的70%。（3）燃煤的煤质应稳定，发热量的偏差不宜大于设计值的10%，挥发分的偏差不宜大于设计值的20%。

作者简介：雷鸣（1980-），男，陕西省延长县人，职称：工程师，学历：硕士研究生，主要研究方向：热力工程、节能环保。