由于整個反應(yīng)過程中未使用脫硝催化劑,因此SNCR脫硝技術(shù)又被稱之為選擇性非催化還原脫硝技術(shù)。
前篇我們介紹過SCR脫硝系統(tǒng)的組成及影響因素,那么SNCR脫硝系統(tǒng)又有哪些組成部分,其脫硝效率又受到哪些因素影響?
一、系統(tǒng)組成
SNCR脫硝系統(tǒng)一般由接收和儲存還原劑;在鍋爐合適位置注入稀釋后的還原劑;還原劑的計量輸出、與水混合稀釋;還原劑與煙氣混合進行脫硝反應(yīng)四部分組成。
1、還原劑存儲和制備系統(tǒng)
本系統(tǒng)主要由尿素溶解罐和尿素溶液儲存罐兩大部分組成,首先把尿素加在溶解罐內(nèi),通過攪拌器制作成預(yù)先設(shè)定比例的尿素溶液,通過循環(huán)輸送泵輸送至儲存罐內(nèi),儲罐及泵站模塊可安裝于氨區(qū)內(nèi),為避免罐內(nèi)過壓或真空,罐頂部安裝呼吸孔。
2、輸送分配計量系統(tǒng)
制造好還原劑通過還原劑輸送模塊輸送到計量分配模塊,控制系統(tǒng)根據(jù)從煙氣處獲得的煙氣成分,自動計算出所需的還原劑數(shù)量,通過計量分配模塊準(zhǔn)確的分配出所需的還原劑數(shù)量到噴射系統(tǒng)。
3、噴射系統(tǒng)
該系統(tǒng)主要由雙流體噴槍、止回閥,球閥等部件組成,因為是爐內(nèi)噴射,所以對噴槍的材質(zhì)和噴嘴的耐腐蝕性有很高的要求。
二、影響SNCR 脫硝效率的因素
影響SNCR 工藝最重要的3個因素:還原劑與煙氣的混合、反應(yīng)溫度和停留時間。
1、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)的進程和速度,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題,如,局部的NOx 濃度過高,不能被還原劑還原,導(dǎo)致脫硝效率低;局部的NOx 濃度過低,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。
2、溫度范圍
NOx 的還原反應(yīng)發(fā)生在特定的溫度范圍內(nèi),由于SNCR 未使用催化劑故需要較高的溫度來保證還原反應(yīng)的進行(SNCR的反應(yīng)溫度區(qū)間850℃~1150℃)。
如果溫度太低,會導(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,分子運動加快,氨水的蒸發(fā)與擴散過程得到加強,對于SNCR 而言,當(dāng)溫度上升到800℃以上時,化學(xué)反應(yīng)速率明顯加快,在900℃左右時,NO 的消減率達到最大;然而隨著溫度的繼續(xù)升高,超過1200℃后,NH3與O2的氧化反應(yīng)會加劇,生成N2、N2O或者NO,增大煙氣中的NOx 濃度,脫硝率反而下降。
3、還原劑種類
各種含有氨基,并在加熱的時候分解放出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,其還原機理不同獲得的NOx 的脫除率略有不同。
4.還原劑停留的時間
在相同條件下,較長還原劑停留時間,脫硝效果更好。在此時間內(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,一般要求時間為0.5s,尿素氨水的停留時間一般在0.3-0.5s 之間。
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?。危稀⌒枰保恚铮臁“被颍埃担恚铮臁∧蛩兀珜嶋H中還原劑的量要比這個量大,因為實際反應(yīng)比較復(fù)雜,且氣體混合不均勻,要達到較好的脫硝效果就必須增大還原劑量。但實驗表明,當(dāng)NH3/NO比達到2.0以上時,NO脫除率曲線明顯變緩,NH3/NO比過大則會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SNCR 的影響
在鍋爐燃用的燃料不同時,利用SNCR 裝置取得的脫硝效率略有不同。使用煤作為燃料時,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NH3與NO 的反應(yīng)有多相催化的作用,促進反應(yīng)的進行,所以使用煤作為燃料時SNCR 的脫除率較高。
7.煙氣氣氛
煙氣中的O 2、CO、H2O、H2、CHx等成分都對脫硝反應(yīng)產(chǎn)生一定的影響作用。
在缺氧的情況下,SNCR反應(yīng)并不會發(fā)生。要在有氧的情況下,SNCR反應(yīng)才能進行,同時氧濃度的上升使反應(yīng)的溫度窗口向低溫方向移動,最大的脫硝率下降。在低溫下,當(dāng)水蒸汽的濃度低時,它是還原反應(yīng)的促進劑,濃度高時是反應(yīng)的阻礙劑。CO 濃度上升,使SNCR 的溫度窗口向低溫方向移動,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NOx 的臨界濃度,NOx的初始濃度如果小于這個臨界值,那么無論如何增加氨氮比,也不能脫除NOx。同時NOx 的初始濃度高,反應(yīng)的溫度窗口向右移動。初始濃度在200-300mg/Nm3間脫硝效率最高。
SCR脫硝系統(tǒng)與SNCR脫硝系統(tǒng)是現(xiàn)階段煙氣治理中應(yīng)用較為廣泛的兩種方法,二者主要區(qū)別在于SCR脫硝系統(tǒng)采用了SCR脫硝催化劑,脫硝效率更高。