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3NH3/NO摩尔比
根据烟气中NO和NO2的含量,氨氮反应主要是按照以下公式进行:
根据式(8)和式(9),可以判断出氨氮摩尔比为1:1,在NH3/NOx摩尔比大于1时,随NH3/NOx摩尔比增加,脱硝效率提高明显;NH3投入量超过需要量会产生氨逃逸,因此理论上把NH3/NOx摩尔比控制在1左右,见图4。
图4化学计量比与脱硝率和NH3逸出量的关系
实际应用中,氨氮摩尔比在1:1基础上,氨氮反应存在以下问题:
(1)氨氮比的均匀性,氨和烟气混合不均匀,进入催化剂前截面氨浓度分布偏差不理想也同样会影响脱硝效率进而影响氨逃逸,氨氮比偏差在10%之内对脱硝效率影响不大,如图5所示。
图5脱硝效率随氨氮摩尔比偏差的变化
(2)脱硝效率随着氨氮比的增大而升高,但是达到一定程度后脱硝效率增长变缓,氨逃逸增多。如图6所示。
图6氨逃逸随氨氮摩尔比偏差的变化
(3)氨的工程脱硝反应效率为0.8左右
①脱硝效率受催化剂活性影响,温度影响催化剂活性;
②脱硝效率随着烟气量的增大而降低,烟气量越大,单位空间内烟气流动速度越快,烟气与催化剂接触反应时间越短,造成脱硝效率降低;
③烟气分布越均匀脱硝效率越高,烟气分布流动完全均匀工况较不均匀工况能够提高脱硝效率约2.5%,因此加装导流板有助于提高脱硫效率。
(4)副产物等化学反应影响。
终上所述,理论上的氨氮摩尔比与实际应用存在一定的差异,为了在氨逃逸和脱硝效率之间实现平衡,根据以下理论计算:①理论氨氮摩尔比1∶1;②实际氨脱硝效率0.8。
由①②得出实际反应的氨氮摩尔比是0.8∶1,为了实现理论上1∶1的氨氮摩尔比,必须给氨增加余量,即实际氨氮摩尔比K,得出:0.8K=1,K为10∶8。
4烟气在催化剂中的停留时间
停留时间是影响脱硝效率的主要因素,在选择性催化还原剂的作用下,NOx与NH3接触时间直接影响反应的效率,如图7,在氨氮摩尔比为1的情况下,停留时间与催化剂接触时间增大,有利于反应气在催化剂微孔内扩散、吸附、反应和产生新的气体,这些副产物气体由充分的时间在催化剂内在此被分离扩散,管道风带出脱硝塔,催化剂重新接受新的反应气,如此循环。
图7停留时间与脱硝率关系
如图7所示,烟气在催化剂中停留时间在0.2-0.3s为佳,而催化剂的长度、截面积等都会影响烟气停留时间,因此在实际应用中,调节烟气流速是系统性工程。
当反应气与催化剂接触时间过长,管道风不足或者催化剂量过大,在此过程中SO2/SO3实现动态反应平衡,多余的NH3在催化剂环境中,与SO3和O2反应,生成NH4HSO4或者N2O的概率大大增加,不仅耗费反应气,而且会造成副产物大量增加,不利于整个脱硝过程和后期除尘。
5结语
通过以上理论分析,影响玻璃窑炉尾气脱硝的主要影响要素是温度、喷氨量和烟气流速,从而避免SO2/SO3转化率失衡,减少NH4HSO4等副产物的产生,在实际工程应用中,重点控制以下几个方面:
(1)SCR脱硝反应器进口温度应集中在350~390℃;
(2)工程应用中氨氮摩尔比应大于1:1.且不大于10:8;
(3)烟气在SCR催化剂中停留时间控制在0.2~0.3s。
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