選擇性非催化還原(SNCR)脫硝技術(shù)，是把含有氨基的還原劑(主要是尿素或氨水)噴入水泥窯分解爐溫度范圍為 850～1150℃的區(qū)域，在特定的溫度、氧存在的條件下，選擇性的把煙氣中的 NOx 還原為 N2 和 H2O，是煙氣中 NOx 的末端處理技術(shù)。
SNCR 脫硝原理
選擇性非催化還原(SNCR)脫硝技術(shù)，是把含有氨基的還原劑(主要是尿素或氨水)噴入水泥窯分解爐溫度范圍為 850～1150℃的區(qū)域，在特定的溫度、氧存在的條件下，選擇性的把煙氣中的 NOx 還原為 N2 和 H2O，是煙氣中 NOx 的末端處理技術(shù)。
采用氨水作為還原劑的主要化學(xué)反應(yīng)為：
4 NO+4 NH3+O2→4 N2+6 H2O4 NH3+2 NO2+O2→3 N2+H2O
采用尿素作為還原劑的主要化學(xué)反應(yīng)為：
2 CO(NH2)2+4 NO+O2→4N2+2 CO2+4 H2O6 CO(NH2)2+8 NO2+O2→10 N2+6 CO2+12 H2O
由于整個(gè)反應(yīng)過(guò)程中未使用催化劑，因此稱之為選擇性非催化還原脫硝技術(shù)。
影響SNCR 脫硝效率的因素
影響 SNCR 工藝最重要的 3 個(gè)因素 : 還原劑與煙氣的混合 、反應(yīng)溫度和停留時(shí)間。
1. 溫度范圍NOx 的還原反應(yīng)發(fā)生在一特定的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行，由于 SNCR 未使用催化劑故需要較高的溫度來(lái)保證還原反應(yīng)的進(jìn)行( SNCR 的反應(yīng)溫度區(qū)間 850 ℃～ 1150℃)。反應(yīng)溫度對(duì) SNCR 反應(yīng)中 NOx 的脫除率有重要影響。如果溫度太低，這會(huì)導(dǎo)致 NH3 反應(yīng)不完全，形成所謂的“氨穿透”，增大 NH3 逸出的量形成二次污染;隨著溫度升高，分子運(yùn)動(dòng)加快，氨水的蒸發(fā)與擴(kuò)散過(guò)程得到加強(qiáng)，對(duì)于 SNCR 而言，當(dāng)溫度上升到 800℃以上時(shí)，化學(xué)反應(yīng)速率明顯加快，在 900℃ 左右時(shí)， NO 的消減率達(dá)到最大;然而隨著溫度的繼續(xù)升高，超過(guò) 1200℃后，NH3 與 O2 的氧化反應(yīng)會(huì)加劇，生成 N2、N2O 或者 NO，增大煙氣中的 NOx 濃度，脫硝率反而下降。
2. 反應(yīng)劑和煙氣混合的程度
還原劑與煙氣的混合程度決定了反應(yīng)的進(jìn)程和速度，還原劑和煙氣在分解爐內(nèi)是邊混合邊反應(yīng)，混合的效果直接決定了脫銷效率的高低。SNCR 脫硝效率低的主要原因之一就是混合問(wèn)題，例如，局部的 NOx 濃度過(guò)高，不能被還原劑還原，導(dǎo)致脫硝效率低;局部的 NOx 濃度過(guò)低，還原劑未全部發(fā)生還原反應(yīng)，導(dǎo)致還原劑利用率低還，增加氨逃逸。因此，還原劑與煙氣的混合程度的充分與否， 直接影響脫硝成果。
目前, SNCR 工藝在工業(yè)上應(yīng)用時(shí), 還原劑的噴入方式多采用爐壁開孔側(cè)噴, 由于工業(yè)鍋爐橫截面積較大, 還原氣體很難深入到爐膛內(nèi)部。
在現(xiàn)有分解爐，鍋爐基礎(chǔ)上，合理布置噴槍位置，調(diào)整不同位置處的還原劑噴入量及霧化效果來(lái)提高混合成度，提高脫硝效率。同時(shí), 高的射流動(dòng)量與煙氣氣流的動(dòng)量比可以提高脫硝的性能, 煙氣氣流的湍流程度對(duì)混合有促進(jìn)作用。由于水泥窯爐的湍流程度相對(duì)鍋爐要好, 因而其混合程度較好，脫硝效率也比較高。
3. 還原劑種類
各種含有氨基，并在加熱的時(shí)候分解放出 NH3 的物質(zhì)都可以作為 SNCR 反應(yīng)的還原劑，其中最常用的還原劑是氨氣和尿素，使用這兩類還原劑時(shí)，其還原機(jī)理不同獲得的 NOx 的脫除率略有不同。
國(guó)內(nèi)外的學(xué)者研究了氨、尿素、碳酸氫銨、氰尿酸 異氰酸等多種不同還原劑的脫硝過(guò)程, 發(fā)現(xiàn)還原劑在不同的含氧量和溫度下還原的特性不一樣,氨的合適反應(yīng)溫度最低, 異氰酸的合適反應(yīng)溫度最高 , 氨、尿素、氰尿酸三種還原劑分別在:1%、5% 和 12% 的含氧量下脫硝效果最好。在不同條件下各種氮還原劑的 最 佳 溫 度 窗 口 不 一 樣 , 一 般 情 況 下 氨 在 850-1050 ℃ , 尿 素 在900-1100 ℃ 。
4. 還原劑停留的時(shí)間
因?yàn)槿魏畏磻?yīng)都需要時(shí)間，所以在合適的溫度范圍內(nèi)必須保證還原劑在煙氣中有足夠的停留時(shí)間，以期發(fā)生還原反應(yīng)。在相同條件下，較長(zhǎng)還原劑停留時(shí)間， 脫硝效果更好，在此時(shí)間內(nèi)，NH3 或尿素等還原劑與煙氣的混合、水的蒸發(fā)、還原劑的分解和 NOx 的還原等步驟須全部完成，一般要求時(shí)間為 0.5s。而霧化狀態(tài)的氨在分解爐的停留時(shí)間長(zhǎng)短取決于分解爐的尺寸、煙氣流經(jīng)分解爐的速度、溶液霧化狀況、霧場(chǎng)與煙氣混合的形式等因素。我公司 SNCR 系統(tǒng)根據(jù)不同的類型鍋爐來(lái)分別設(shè)計(jì)不同的方案，確保還原劑停留時(shí)間達(dá)到 0.5s 以上，確保更高的脫硝效率。
尿素氨水的額停留時(shí)間一般在 0.3-0.5s 之間。有實(shí)驗(yàn)表明停留時(shí)間從 100ms 升至 500ms，NOx 最大還原率可從 60%升至 83%。左右。
5. 氨氮比(NSR)
即反應(yīng)中氨與 NO 的摩爾比值，按照 SNCR 反應(yīng)，還原 1mol NO 需要 1mol 氨或 0.5mol 尿素，但實(shí)際中還原劑的量要比這個(gè)量大，因?yàn)閷?shí)際反應(yīng)比較復(fù)雜， 且氣體混合不均勻，要達(dá)到較好的脫硝效果就必須增大還原劑量。但實(shí)驗(yàn)表明， 當(dāng) NH3/NO 比達(dá)到 2.0 以上時(shí)，NO 脫除率曲線明顯變緩，NH3/NO 比過(guò)大則會(huì)引起氨氣逸出量增大，造成污染，成本升高，目前 SNCR 的 NSR 一般控制在 1.2-1.5左右。
6. 燃料對(duì) SNCR 的影響
在鍋爐燃用的燃料不同時(shí)，利用 SNCR 裝置取得的脫硝效率略有不同。使用煤作為燃料時(shí)，灰分較高，煤灰中常常富含堿金屬氧化物、CaO、Fe2O3 等活性物質(zhì)。研究表明，灰分中的 CaO、Fe2O3 等物質(zhì)能促進(jìn)高溫下 NOx 與 C 反應(yīng)生成 N2，減少煙氣中 NO、N2O 的濃度;而且 CaO 和 Fe2O3 等循環(huán)物料中的活性物質(zhì)還對(duì) NH3 與 NO 的反應(yīng)有多相催化的作用，促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行，所以使用煤作為燃料時(shí) SNCR 的脫除率較高。
7. 煙氣氣氛
煙氣中的O2、CO、H2O、H2、CHx 等成分都對(duì)脫硝反應(yīng)產(chǎn)生一定的影響作用。在缺氧的情況下,SNCR 反應(yīng)并不會(huì)發(fā)生。要在有氧的情況下,SNCR 反應(yīng)才能進(jìn)行, 同時(shí)氧濃度的上升使反應(yīng)的溫度窗口向低溫方向移動(dòng),最大的脫硝率下降。在低溫下,當(dāng)水蒸汽的濃度低時(shí), 它是還原反應(yīng)的促進(jìn)劑, 濃度高時(shí)是反應(yīng)的阻礙劑。CO 濃度上升, 使SNCR 的溫度窗口向低溫方向移動(dòng),脫硝的最佳溫度下降, 而且脫硝率有所下降。
8. 初始NOx 濃度
初始NOx 的含量對(duì)還原效率也有影響, 初始NOx 濃度的減少, 導(dǎo)致了反應(yīng)物減小。在較低的反應(yīng)物濃度條件下, 最優(yōu)溫度降低, 所以反應(yīng)效率也就下降了。有研究表明,存在一個(gè) NOx 的臨界濃度,NOx 的初始濃度如果小于這個(gè)臨界值, 那么無(wú)論如何增加氨氮比, 也不能脫除 NOx。同時(shí),NOx 的初始濃度高,反應(yīng)的溫度窗口向右移動(dòng)。初始濃度在 200-300mg/Nm3 間脫硝效率最高。
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