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選擇性非催化還原技術(shù)(SNCR)

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SNCR反應(yīng)機(jī)理SNCR反應(yīng)機(jī)理是向一定的溫度窗口區(qū)域噴射還原性物質(zhì)，在一定溫度條件下還原已生成的NOx，從而降低NOx的排放量

詳細(xì)介紹

SNCR反應(yīng)機(jī)理

SNCR反應(yīng)機(jī)理是向一定的溫度窗口區(qū)域噴射還原性物質(zhì)，在一定溫度條件下還原已生成的NOx，從而降低NOx 的排放量。選擇性非催化還原法（SNCR），是在無催化劑存在條件下將NH₃或尿素等還原劑氨或尿素噴入爐內(nèi)與NOx進(jìn)行選擇性反應(yīng)，將NOx 還原為N₂ 和H₂O。例如使用尿素作為還原劑時(shí)，噴入的尿素溶液迅速熱分解成NH₃并與煙氣中的NOx進(jìn)行SNCR反應(yīng)生成N₂，該方法是以爐膛為反應(yīng)器。

研究發(fā)現(xiàn)，在爐膛800～1250℃的溫度范圍內(nèi)、在無催化劑作用下，NH₃或尿素等氨基還原劑可選擇性地還原煙氣中的NOx，基本上不與煙氣中的O₂作用，據(jù)此發(fā)展了SNCR法。在800～1250℃范圍內(nèi)，NH₃或尿素還原NOx的主要反應(yīng)為：

NH₃為還原劑反應(yīng)式為：4 NH₃ + 4NO +O₂ →4N₂ + 6H₂O

尿素為還原劑反應(yīng)式為：

脫硝流程

圖3-2 SNCR脫硝流程

不同還原劑有不同的反應(yīng)溫度范圍，此溫度范圍稱為溫度窗。NH3的反應(yīng)溫度區(qū)為850～1100℃。當(dāng)反應(yīng)溫度過高時(shí)，由于氨的分解會(huì)使NOx還原率降低，另一方面，反應(yīng)溫度過低時(shí)，氨的逃逸增加，也會(huì)使NOx還原率降低。

在反應(yīng)條件比較理想時(shí)（如CFB鍋爐煙氣流速相對(duì)較低，SNCR反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)）SNCR煙氣脫硝技術(shù)的脫硝效率可超過60%，其脫硝效率受鍋爐結(jié)構(gòu)尺寸影響較大。采用SNCR技術(shù)，目前的趨勢(shì)是用尿素代替氨作為還原劑。

SNCR系統(tǒng)煙氣脫硝過程由下面四個(gè)基本過程完成：

接收和儲(chǔ)存還原劑；
還原劑的計(jì)量輸出、與水混合稀釋；
在鍋爐合適位置注入稀釋后的還原劑；
還原劑與煙氣混合進(jìn)行脫硝反應(yīng)。

SNCR反應(yīng)及氨逃逸產(chǎn)生及控制

根據(jù)化學(xué)反應(yīng)方程，NH3/NOx摩爾比應(yīng)該為1，但實(shí)際上都要比1大才能達(dá)到較理想的NOx還原率， NH3/NO摩爾比過大，雖然有利于NOx還原率增大，但氨逃逸加大又會(huì)造成新的問題，同時(shí)還增加了運(yùn)行費(fèi)用。隨著尿素溶液噴入量的增加，尿素溶液與煙氣的混合情況有所好轉(zhuǎn)，因此在高NH3/NO摩爾比值情況下取得了好的效果。在實(shí)際應(yīng)用中考慮到NH3的泄漏問題，應(yīng)選盡可能小的NH3/NO摩爾比值，同時(shí)為了保證NO還原率，要求必須采取措施強(qiáng)化尿素溶液與煙氣的混合過程。

為了提高SNCR對(duì)NOx的還原效率，降低氨的泄漏量，必須在設(shè)計(jì)階段重點(diǎn)考慮以下幾個(gè)關(guān)鍵的工藝參數(shù)：燃料類型、鍋爐負(fù)荷、爐膛結(jié)構(gòu)、受熱面布置、過量空氣量、NO濃度、爐膛溫度分布、爐膛氣流分布以及CO濃度等，以減少氨逃逸量。

SNCR的優(yōu)點(diǎn)

與其它脫硝技術(shù)相比，SNCR技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

脫硝效果令人滿意：SNCR技術(shù)應(yīng)用在燃煤鍋爐上，長(zhǎng)期現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用一般能夠達(dá)到30～50％的NOx脫除率；在小型鍋爐中，其脫硝效率為40～70％。
還原劑多樣易得：SNCR技術(shù)中脫除NOx的還原劑一般都是含氮的物質(zhì)，包括氨、尿素、氰尿酸和各種銨鹽（醋酸銨、碳酸氫銨、氯化銨等），但，實(shí)際應(yīng)用泛的是尿素。
無二次污染：SNCR技術(shù)是一項(xiàng)清潔的技術(shù)，沒有任何固體或液體的污染物或副產(chǎn)物生成，無二次污染。
經(jīng)濟(jì)性好：由于SNCR的反應(yīng)是靠鍋爐內(nèi)的高溫驅(qū)動(dòng)的，不需要昂貴的催化劑系統(tǒng)，因此投資成本和運(yùn)行成本較低。
系統(tǒng)簡(jiǎn)單、施工時(shí)間短：SNCR技術(shù)最主要的系統(tǒng)就是還原劑的儲(chǔ)存系統(tǒng)和噴射系統(tǒng)，主要設(shè)備有儲(chǔ)罐、泵、噴槍和必要的管路、測(cè)控設(shè)備。由于設(shè)備簡(jiǎn)單，SNCR技術(shù)的安裝期短，僅需10天左右停爐時(shí)間，小修期間即可完成爐膛施工。
SNCR技術(shù)不需要對(duì)鍋爐燃燒設(shè)備和受熱面進(jìn)行改動(dòng)，不需要改變鍋爐的常規(guī)運(yùn)行方式，對(duì)鍋爐的主要運(yùn)行參數(shù)不會(huì)有顯著影響。

還原劑的選擇

用于SNCR脫硝工藝常用的還原劑有尿素、液氨和氨水。

還原劑使用液氨，其優(yōu)點(diǎn)是脫硝系統(tǒng)儲(chǔ)罐容積較小，還原劑便宜；缺點(diǎn)是氨氣有毒、易燃易爆，儲(chǔ)存的安全防護(hù)要求高，需要經(jīng)相關(guān)消防安全部門審批才能大量?jī)?chǔ)存、使用；輸送管道也需要特別處理；需要配合能量很高的輸送氣才能取得一定的穿透效果，一般應(yīng)用在小型鍋爐或焚燒爐。

還原劑使用氨水，氨水的有惡臭，揮發(fā)性和腐蝕性強(qiáng)，有一定的操作安全要求，但儲(chǔ)存、處理比液氨簡(jiǎn)單；由于含有大量的稀釋水，儲(chǔ)存、輸送系統(tǒng)比液氨系統(tǒng)要復(fù)雜；噴射剛性、穿透能力比氨氣噴射好，但揮發(fā)性仍然比尿素溶液大，應(yīng)用在墻式噴射器的時(shí)候仍然難以深入到大型爐膛的深部，因此一般應(yīng)用在中小型鍋爐上。氨水SNCR的脫硝效率略高于尿素SNCR，使其不斷得到推廣應(yīng)用。另外，由于氨水SNCR脫硝的反應(yīng)溫度可低至800℃，在一些爐膛溫度較低鍋爐的應(yīng)用也較多。

還原劑采用尿素，尿素不易燃燒和爆炸，無色無味，運(yùn)輸、儲(chǔ)存、使用比較簡(jiǎn)單安全；揮發(fā)性比氨水小，在爐膛中的穿透性好；效果相對(duì)較好，脫硝效率高，適合于各類鍋爐是SNCR脫硝工藝。

脫硝效果的主要影響因素

在SNCR技術(shù)設(shè)計(jì)和應(yīng)用中，影響脫硝效果的主要因素包括：

反應(yīng)溫度場(chǎng)
合適的溫度范圍內(nèi)可以停留的時(shí)間
反應(yīng)劑和煙氣混合的程度
未控制的NOx濃度水平
噴入的反應(yīng)劑與未控制的NOx的摩爾比－NSR
氣氛（氧量、一氧化碳濃度）的影響
還原劑類型和狀態(tài)

因此，SNCR脫硝工藝必須在反應(yīng)溫度場(chǎng)的選擇、還原劑選擇、稀釋水及霧化介質(zhì)的選擇、以及工藝控制等方面得到保證，方能達(dá)到良好的脫硝效果。

模擬計(jì)算

SNCR脫硝系統(tǒng)利用爐膛作為反應(yīng)器，其脫硝效率的主要影響因素為：反應(yīng)溫度窗口、還原劑噴射量、還原劑與煙氣的混合程度、反應(yīng)時(shí)間，這些主要因素的參數(shù)選擇都必須經(jīng)過計(jì)算機(jī)模擬運(yùn)算獲得。計(jì)算機(jī)模擬運(yùn)算包括：溫度場(chǎng)模擬、流場(chǎng)模擬、化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力性模擬。我司脫硝工程的計(jì)算機(jī)模擬運(yùn)算工作由“中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院大氣所”合作完成。主要工作內(nèi)容如下：

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量鍋爐結(jié)構(gòu)并收集運(yùn)行數(shù)據(jù)，作為數(shù)值計(jì)算的初始條件；

選擇燃燒數(shù)學(xué)模型，設(shè)計(jì)模擬工況；
構(gòu)建實(shí)體模型劃分模型網(wǎng)格；
基礎(chǔ)工況模擬分析與驗(yàn)證；
流場(chǎng)及溫度場(chǎng)模擬結(jié)果分析；
噴嘴參數(shù)優(yōu)化位置確定；
化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模擬分析；
SNCR脫硝效果模擬分析。

SNCR技術(shù)采用精準(zhǔn)的流場(chǎng)分析技術(shù)，針對(duì)各種爐型不同的運(yùn)行實(shí)況確定各關(guān)鍵參數(shù)的邊界條件，經(jīng)過詳細(xì)的CFD模擬和CKM計(jì)算，制定準(zhǔn)確的工藝設(shè)計(jì)方案和布置。

脫硝治理

SNCR霧化噴槍

霧化噴槍是SNCR脫硝系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，一般由壓縮氣體系統(tǒng)、液體管路系統(tǒng)、霧化噴槍、噴槍保護(hù)套管組成。為了達(dá)到良好的脫硝效率，對(duì)于不同類型、容量的鍋爐，霧化噴槍的運(yùn)行參數(shù)是不同的，其設(shè)計(jì)參數(shù)由計(jì)算機(jī)模擬確定。

經(jīng)過試驗(yàn)研究、工程實(shí)踐已成功研發(fā)出一種對(duì)鍋爐煙氣SNCR脫硝系統(tǒng)適應(yīng)性較好的霧化噴槍。該噴槍制造過程可以通過改變液體室、霧化室、噴嘴出口孔徑等參數(shù)，運(yùn)行過程可控制液體、氣體的壓力等參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)良好的霧化效果（噴射角、噴射距離、霧化粒徑），以滿足脫硝系統(tǒng)所需。為了避免霧化噴槍運(yùn)行過程出現(xiàn)液體直接接觸鍋爐水冷壁而引起爆管，增設(shè)了氣壓感應(yīng)機(jī)械聯(lián)鎖裝置，當(dāng)氣壓未能達(dá)到霧化要求時(shí)，噴槍自動(dòng)停止液體的噴射，避免液體直接射向水冷壁。該噴射器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低、無易耗品；霧化效果好，不產(chǎn)生液滴，對(duì)水冷壁沒有不良影響；霧化氣源可選擇壓縮空氣或過熱蒸汽。

關(guān)鍵詞：催化劑焚燒爐

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