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選擇性非催化還原技術(shù)(SNCR)

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產(chǎn)品簡(jiǎn)介

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 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:

     尿素反應(yīng)式

 

 

 

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:

  1. 接收和儲(chǔ)存還原劑;

  2. 還原劑的計(jì)量輸出、與水混合稀釋;

  3. 在鍋爐合適位置注入稀釋后的還原劑;

  4. 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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