反应温度和氨氮摩尔比对SNCR脱硝效果的影响

北极星环保网讯:氮氧化物是最主要的三种大气污染物之一,NOx会对人体健康和生态环境产生严重危害,包括:对人体的呼吸系统的直接损害;对植物的损害,造成农作物减产;形成光化学烟雾､酸雨､酸雾以及破坏臭氧层造成二次污染和损害等｡火力发电厂锅炉排放的烟气中含有大量的NOx,是NOx的最主要排放源,故控制电力行业的NOx排放极为关键｡SNCR脱硝技术由于其成本低且脱硝效率较高,比较适合我国现阶段国情｡

1、设备简介

本文以浙江省德清县某热电厂的一台75t/h高温高压循环流化床锅炉为试验对象,该锅炉由无锡锅炉厂生产,前期已进行低氮燃烧改造,烟气中NOx浓度约为200mg/m3｡企业于2015年7月完成SNCR脱硝系统安装,至今已稳定运行半年有余｡还原剂使用氨水,6支喷枪位于炉膛出口与旋风分离器之间的水平烟道｡

2、SNCR脱硝原理

选择性非催化还原脱硝技术(Selective NonCatalyticReduction,SNCR),是指不使用催化剂,在炉膛或烟道内喷入还原剂,把烟气中的NOx直接还原成氮气和水的一种工艺｡当前常用的SNCR技术是把还原剂(如氨气､氨水､尿素溶液)喷入温度为800-1100℃的区域,还原剂迅速热分解并在烟气中充分扩散,同时选择性地与烟气中的NOx进行反应生成N2和H2O,在此过程中还原剂基本上不与烟气中的O2反应｡SNCR脱硝效率最高可以达到80%以上｡

主要的化学反应为:

(1)用氨气或氨水作为还原剂:NH3+NOx→N2+H2O

(2)用尿素溶液为还原剂:

CO(NH2)2→CO+2NH2

CO+NOx→N2+CO2

NH2+NOx→N2+H2O

(3)当温度过高时,氨被氧化成NOx:

NH3+O2→NOx+H2O

3、SNCR脱硝效率影响因素

对SNCR脱硝效率造成影响的因素有多种,主要有:反应温度､还原剂类型､合适温度下停留的时间､还原剂与烟气的混合程度､NH3/NOx摩尔比､初始NOx浓度水平､烟气中O2和CO浓度等｡

3.1温度的影响

一般认为SNCR脱硝技术反应的窗口温度为800~1100℃,如反应温度过低,反应速率会随之降低,氧化还原反应不能及时充分地发生,导致脱硝效率降低,同时未参加反应的还原剂随烟气进入后部设备,最终排入大气｡但是反应温度也不能过高,当温度高于一定温度时,还原剂会被烟气中的O2氧化生成NOx,造成NOx浓度不降反升｡

3.2还原剂类型

氨剂类型主要是液氨､氨水､尿素三种,各有优缺点｡喷射液氨容易与烟气很好地混合,但液氨的储存和使用都具有一定的危险性,对企业来说增加了一个危险源｡喷射尿素较为安全,且有便于运输和储藏,但是在进行喷射时均匀性相对较差,影响反应效率,氨逃逸量高,容易生成高粘度的积灰,对设备造成堵塞和腐蚀｡喷射氨水的优缺点则介于液氨和尿素之间｡

3.3合适温度下停留的时间

这里的停留时间是指还原剂喷入后到脱硝反应完成的总时间｡在此时间内必须完成以下几个步骤:水的蒸发､还原剂的分解(如还用尿素)､还原剂与烟气的混合､还原剂与NOx的发生氧化还原反应｡停留时间是保证脱硝效率的必要的条件,停留时间不足将直接导致脱硝效率下降｡

停留时间的长短取决于和烟气流速和烟气流通通道的截面尺寸｡根据相关试验证明:烟气的流速影响反应停留时间,过高的烟气流速会减少停留时间,从而降低脱硝效率;而烟气流速过低虽然有利于脱硝反应充分进行,但是在锅炉尾部,烟道的容易产生积灰等问题｡所以当不改变烟道截面积的情况下选择合适的烟气流速来控制停留时间是非常必要的｡根据相关试验表明,停留时间一般保证在0.7s~1.0s之间｡

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