由于整個(gè)反應(yīng)過(guò)程中未使用脫硝催化劑,因此SNCR脫硝技術(shù)又被稱(chēng)之為選擇性非催化還原脫硝技術(shù)。
前篇我們介紹過(guò)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(chǔ)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(jì)量輸出、與水混合稀釋?zhuān)贿€原劑與煙氣混合進(jìn)行脫硝反應(yīng)四部分組成。
1、還原劑存儲(chǔ)和制備系統(tǒng)
本系統(tǒng)主要由尿素溶解罐和尿素溶液儲(chǔ)存罐兩大部分組成,首先把尿素加在溶解罐內(nèi),通過(guò)攪拌器制作成預(yù)先設(shè)定比例的尿素溶液,通過(guò)循環(huán)輸送泵輸送至儲(chǔ)存罐內(nèi),儲(chǔ)罐及泵站模塊可安裝于氨區(qū)內(nèi),為避免罐內(nèi)過(guò)壓或真空,罐頂部安裝呼吸孔。
2、輸送分配計(jì)量系統(tǒng)
制造好還原劑通過(guò)還原劑輸送模塊輸送到計(jì)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(dòng)計(jì)算出所需的還原劑數(shù)量,通過(guò)計(jì)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?yàn)槭菭t內(nèi)噴射,所以對(duì)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(gè)因素:還原劑與煙氣的混合、反應(yīng)溫度和停留時(shí)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(jìn)程和速度,混合的效果直接決定了脫銷(xiāo)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,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。
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(lái)保證還原反應(yīng)的進(jìn)行(SNCR的反應(yīng)溫度區(qū)間850℃~1150℃)。
如果溫度太低,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。
3、還原劑種類(lèi)
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(lèi)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。
4.還原劑停留的時(shí)間
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,尿素氨水的停留時(shí)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 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O?。病ⅲ茫?、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。
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。