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研究发现,在炉膛800~1250℃的温度范围内、在无催化剂作用下,NH3或尿素等氨基还原剂可选择性地还原烟气中的NOx,基本上不与烟气中的O2作用,据此发展了SNCR法。

选择性非催化还原技术(SNCR)

创建时间:2018-11-20 14:56
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SNCR反应机理

 

SNCR反应机理是向一定的温度窗口区域喷射还原性物质,在一定温度条件下还原已生成的NOx,从而降低NOx 的排放量。选择性非催化还原法(SNCR),是在无催化剂存在条件下将NH3或尿素等还原剂氨或尿素喷入炉内与NOx进行选择性反应,将NOx 还原为N2 H2O。例如使用尿素作为还原剂时,喷入的尿素溶液迅速热分解成NH3并与烟气中的NOx进行SNCR反应生成N2,该方法是以炉膛为反应器。

研究发现,在炉膛800~1250℃的温度范围内、在无催化剂作用下,NH3或尿素等氨基还原剂可选择性地还原烟气中的NOx,基本上不与烟气中的O2作用,据此发展了SNCR法。在800~1250℃范围内,NH3或尿素还原NOx的主要反应为:

NH3为还原剂反应式为:4 NH3 + 4NO +O2 4N2 + 6H2O

      尿素为还原剂反应式为:

     尿素反应式

 

 

 

脱硝流程

 

图3-2 SNCR脱硝流程

       不同还原剂有不同的反应温度范围,此温度范围称为温度窗。NH3的反应最佳温度区为850~1100℃。当反应温度过高时,由于氨的分解会使NOx还原率降低,另一方面,反应温度过低时,氨的逃逸增加,也会使NOx还原率降低。

在反应条件比较理想时(如CFB锅炉烟气流速相对较低,SNCR反应时间较长)SNCR烟气脱硝技术的脱硝效率可超过60%,其脱硝效率受锅炉结构尺寸影响较大。采用SNCR技术,目前的趋势是用尿素代替氨作为还原剂。

 

SNCR系统烟气脱硝过程由下面四个基本过程完成:

  1. 接收和储存还原剂;

  2. 还原剂的计量输出、与水混合稀释;

  3. 在锅炉合适位置注入稀释后的还原剂;

  4. 还原剂与烟气混合进行脱硝反应。

     

     

     

     

 

SNCR反应及氨逃逸产生及控制

       根据化学反应方程,NH3/NOx摩尔比应该为1,但实际上都要比1大才能达到较理想的NOx还原率, NH3/NO摩尔比过大,虽然有利于NOx还原率增大,但氨逃逸加大又会造成新的问题,同时还增加了运行费用。随着尿素溶液喷入量的增加,尿素溶液与烟气的混合情况有所好转,因此在高NH3/NO摩尔比值情况下取得了好的效果。在实际应用中考虑到NH3的泄漏问题,应选尽可能小的NH3/NO摩尔比值,同时为了保证NO还原率,要求必须采取措施强化尿素溶液与烟气的混合过程。

       为了提高SNCR对NOx的还原效率,降低氨的泄漏量,必须在设计阶段重点考虑以下几个关键的工艺参数:燃料类型、锅炉负荷、炉膛结构、受热面布置、过量空气量、NO浓度、炉膛温度分布、炉膛气流分布以及CO浓度等,以减少氨逃逸量。

 

SNCR的优点

与其它脱硝技术相比,SNCR技术具有以下优点:

  • 脱硝效果令人满意:SNCR技术应用在燃煤锅炉上,长期现场应用一般能够达到30~50%的NOx脱除率;在小型锅炉中,其脱硝效率为40~70%。

  •  还原剂多样易得:SNCR技术中脱除NOx的还原剂一般都是含氮的物质,包括氨、尿素、氰尿酸和各种铵盐(醋酸铵、碳酸氢铵、氯化铵等),但效果最好,实际应用最广泛的是尿素。

  • 无二次污染:SNCR技术是一项清洁的技术,没有任何固体或液体的污染物或副产物生成,无二次污染。

  • 经济性好:由于SNCR的反应是靠锅炉内的高温驱动的,不需要昂贵的催化剂系统,因此投资成本和运行成本较低。

  • 系统简单、施工时间短:SNCR技术最主要的系统就是还原剂的储存系统和喷射系统,主要设备有储罐、泵、喷枪和必要的管路、测控设备。由于设备简单,SNCR技术的安装期短,仅需10天左右停炉时间,小修期间即可完成炉膛施工。

  • SNCR技术不需要对锅炉燃烧设备和受热面进行改动,不需要改变锅炉的常规运行方式,对锅炉的主要运行参数不会有显著影响。

 

 

还原剂的选择

       用于SNCR脱硝工艺常用的还原剂有尿素、液氨和氨水。

       还原剂使用液氨,其优点是脱硝系统储罐容积较小,还原剂价格最便宜;缺点是氨气有毒、易燃易爆,储存的安全防护要求高,需要经相关消防安全部门审批才能大量储存、使用;输送管道也需要特别处理;需要配合能量很高的输送气才能取得一定的穿透效果,一般应用在小型锅炉或焚烧炉。

       还原剂使用氨水,氨水的有恶臭,挥发性和腐蚀性强,有一定的操作安全要求,但储存、处理比液氨简单;由于含有大量的稀释水,储存、输送系统比液氨系统要复杂;喷射刚性、穿透能力比氨气喷射好,但挥发性仍然比尿素溶液大,应用在墙式喷射器的时候仍然难以深入到大型炉膛的深部,因此一般应用在中小型锅炉上。氨水SNCR的脱硝效率略高于尿素SNCR,使其不断得到推广应用。另外,由于氨水SNCR脱硝的反应温度可低至800℃,在一些炉膛温度较低锅炉的应用也较多。

       还原剂采用尿素,尿素不易燃烧和爆炸,无色无味,运输、储存、使用比较简单安全;挥发性比氨水小,在炉膛中的穿透性好;效果相对较好,脱硝效率高,适合于各类锅炉是SNCR脱硝工艺。

脱硝效果的主要影响因素

 

在SNCR技术设计和应用中,影响脱硝效果的主要因素包括:

  • 反应温度场

  • 合适的温度范围内可以停留的时间

  • 反应剂和烟气混合的程度

  • 未控制的NOx浓度水平

  • 喷入的反应剂与未控制的NOx的摩尔比-NSR

  • 气氛(氧量、一氧化碳浓度)的影响

  • 还原剂类型和状态

       因此,SNCR脱硝工艺必须在反应温度场的选择、还原剂选择、稀释水及雾化介质的选择、以及工艺控制等方面得到保证,方能达到良好的脱硝效果。

 

 

模拟计算

       SNCR脱硝系统利用炉膛作为反应器,其脱硝效率的主要影响因素为:反应温度窗口、还原剂喷射量、还原剂与烟气的混合程度、反应时间,这些主要因素的参数选择都必须经过计算机模拟运算获得。计算机模拟运算包括:温度场模拟、流场模拟、化学反应动力性模拟。我司脱硝工程的计算机模拟运算工作由“中国环境科学研究院大气所”合作完成。主要工作内容如下:

 

现场测量锅炉结构并收集运行数据,作为数值计算的初始条件;

  • 选择燃烧数学模型,设计模拟工况;

  • 构建实体模型划分模型网格;

  • 基础工况模拟分析与验证;

  • 流场及温度场模拟结果分析;

  • 喷嘴参数优化位置确定;

  • 化学反应动力学模拟分析;

  • SNCR脱硝效果模拟分析。

       SNCR技术采用精准的流场分析技术,针对各种炉型不同的运行实况确定各关键参数的边界条件,经过详细的CFD模拟和CKM计算,制定准确的工艺设计方案和布置。

 

脱硝治理

 

 

SNCR雾化喷枪

       雾化喷枪是SNCR脱硝系统的关键设备,一般由压缩气体系统、液体管路系统、雾化喷枪、喷枪保护套管组成。为了达到良好的脱硝效率,对于不同类型、容量的锅炉,雾化喷枪的运行参数是不同的,其设计参数由计算机模拟确定。

       经过试验研究、工程实践已成功研发出一种对锅炉烟气SNCR脱硝系统适应性较好的雾化喷枪。该喷枪制造过程可以通过改变液体室、雾化室、喷嘴出口孔径等参数,运行过程可控制液体、气体的压力等参数,从而实现良好的雾化效果(喷射角、喷射距离、雾化粒径),以满足脱硝系统所需。为了避免雾化喷枪运行过程出现液体直接接触锅炉水冷壁而引起爆管,增设了气压感应机械联锁装置,当气压未能达到雾化要求时,喷枪自动停止液体的喷射,避免液体直接射向水冷壁。该喷射器结构简单、造价低、无易耗品;雾化效果好,不产生液滴,对水冷壁没有不良影响;雾化气源可选择压缩空气或过热蒸汽。

 

广东荣昇环保科技有限公司

 

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