SNCR脱硝原理
选择性非催化还原(SNCR)脱硝技术,是把含有氨基的还原剂(主要是尿素或氨水)喷入水泥窑分解炉温度范围为850?1150℃的区域,在特定的温度、氧存在的条件下,选择性的把烟气中的NOx还原为N2和H20,是烟气中NOx的末端处理技术。
釆用氨水作为还原剂的主要化学反应为:
4NO+4NH3+O2=4 N2+6H2O
4NH3+2NO2+O2=3N2+H2O
釆用尿素作为还原剂的主要化学反应为:
2CO(NH2)2+4NO+O2=4N2+2CO2+4 H2O
6CO(NH2)2+8N02+02=10N2+6CO2+12H2O
由于整个反应过程中未使用催化剂,因此称之为选择性非催化还原脱硝技术。
影响SNCR脱硝效率的因素
影响SNCR工艺最重要的3个因素:还原剂与烟气的混合、反应温度和停留时间。
1.温度范围
NOx的还原反应发生在一特定的温度范围内进行,由于SNCR未使用催化剂故需要较高的温度来保证还原反应的进行(SNCR的反应温度区间850℃?1150℃)。
反应温度对SNCR反应中NOx的脱除率有重要影响。如果温度太低,这会导致NH3反应不完全,形成所谓的“氨穿透”增大NH3逸出的量形成二次污染; 随着温
度升高,分子运动加快,氨水的蒸发与扩散过程得到加强,对于SNCR而言,当温度上升到800℃以上时,化学反应速率明显加快,在900℃左右时,NO 的消减率达到最大;然而随着温度的继续升高,超过1200℃后,NH3与O2的氧化反应会加剧,生成N2、N2O或者NO,增大烟气中的NOx浓度,脱硝率反而下降。
2.反应剂和烟气混合的程度
还原剂与烟气的混合程度决定了反应的进程和速度,还原剂和烟气在分解炉内是边混合边反应,混合的效果直接决定了脱销效率的高低。SNCR脱硝效率低的主要原因之一就是混合问题,例如,局部的NOx浓度过高,不能被还原剂还原,导致脱硝效率低;局部的NOx浓度过低,还原剂未全部发生还原反应,导致还原剂利用率低还,增加氨逃逸。因此,还原剂与烟气的混合程度的充分与否,直接影响脱硝成果。
目前,SNCR工艺在工业上应用时,还原剂的喷入方式多釆用炉壁开孔侧喷,由于工业锅炉横截面积较大,还原气体很难深入到炉膛内部。
在现有分解炉,锅炉基础上,合理布置喷枪位置,调整不同位置处的还原剂喷入量及雾化效果来提高混合成度,提高脱硝效率。同时,高的射流动量与烟气气流的动量比可以提高脱硝的性能,烟气气流的湍流程度对混合有促进作用。由于水泥窑炉的湍流程度相对锅炉要好,因而其混合程度较好,脱硝效率也比较高。
3.还原剂停留的时间
因为任何反应都需要时间,所以在合适的温度范围内必须保证还原剂在烟气中有足够的停留时间,以期发生还原反应。在相同条件下,较长还原剂停留时间,脱硝效果更好,在此时间内,NH3或尿素等还原剂与烟气的混合、水的蒸发、还原剂的分解和NOx的还原等步骤须全部完成,一般要求时间为0.5s。而雾化状态的氨
在分解炉的停留时间长短取决于分解炉的尺寸、烟气流经分解炉的速度、溶液雾化状况、雾场与烟气混合的形式等因素。我公司SNCR系统根据不同的类型锅炉来分别设计不同的
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,确保还原剂停留时间达到0.5s以上,确保更高的脱硝效率。
尿素氨水的额停留时间一般在0.3?0.5s之间。有实验表明停留时间从100ms 升至500ms,NOx最大还原率可从60%升至83%左右。
4.还原剂种类
各种含有氨基,并在加热的时候分解放出NH3的物质都可以作为SNCR反应的还原剂,其中最常用的还原剂是氨气和尿素,使用这两类还原剂时,其还原机理不同获得的NOx的脱除率略有不同。
国内外的学者研究了氨、尿素、碳酸氢铵、氰尿酸异氰酸等多种不同还原剂的脱硝过程,发现还原剂在不同的含氧量和温度下还原的特性不一样,氨的合适反应温度最低,异氰酸的合适反应温度最高,氨、尿素、氰尿酸三种还原剂分别在:1%、5%和12%的含氧量下脱硝效果最好。在不同条件下各种氮还原剂的最佳温度窗口不一样,一般情况下氨在850?1050℃,尿素在 900?1100℃。
5.氨氮比(NSR)
即反应中氨与N0的摩尔比值,按照SNCR反应,还原1molN0需要1mol氨或0.5mol尿素,但实际中还原剂的量要比这个量大,因为实际反应比较复杂,且气体混合不均匀,要达到较好的脱硝效果就必须增大还原剂量。但实验表明,当NH3/NO比达到2.0以上时,NO脱除率曲线明显变缓,NH3/NO比过大则会引起氨气逸出量增大,造成污染,成本升高,目前SNCR的NSR—般控制在1.2-1.5左右。
6.燃料对SNCR的影响
在锅炉燃用的燃料不同时,利用SNCR装置取得的脱硝效率略有不同。使用煤作为燃料时,灰分较高,煤灰中常常富含碱金属氧化物、CaO、Fe2O3等活性物质。研究表明,灰分中的CaO、Fe2O3等物质能促进高温下NOx与C反应生成N2,减少烟气中NO、N2O的浓度;而且CaO和Fe2O3等循环物料中的活性物质还对NH3与NO的反应有多相催化的作用,促进反应的进行,所以使用煤作为燃料时SNCR的脱除率较高。
7.烟气气氛
烟气中的O2、 CO、H2O、H2、CHx等成分都对脱硝反应产生一定的影响作用。在缺氧的情况下,SNCR反应并不会发生。要在有氧的情况下,SNCR反应才能进行,同时O2浓度的上升使反应的温度窗口向低温方向移动,最大的脱硝率下降。在低温下,当水蒸汽的浓度低时,它是还原反应的促进剂,浓度高时是反应的阻碍剂。CO浓度上升,使SNCR的温度窗口向低温方向移动,脱硝的最佳温度下降,而且脱硝率有所下降。
8.初始NOx浓度
初始NOx的含量对还原效率也有影响,初始NOx浓度的减少,导致了反应物减小。在较低的反应物浓度条件下,最优温度降低,所以反应效率也就下降了。有研究表明,存在一个NOx的临界浓度,NOx的初始浓度如果小于这个临界值,那么无论如何增加氨氮比,也不能脱除NOx。同时,NOx的初始浓度高,反应的温度窗口向右移动。初始浓度在200-300mg/Nm3间脱硝效率最高。
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