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反應為：
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反應為：
2 CO(NH2)2+4 NO+O2→4N2+2 CO2+4 H2O6 CO(NH2)2+8 NO2+O2→10 N2+6 CO2+12 H2O
由于整個反應過程中未使用催化劑，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 個因素 : 還原劑與煙氣的混合 、反應溫度和停留時間。
1. 溫度范圍NOx 的還原反應發(fā)生在一特定的溫度范圍內(nèi)進行，由于 SNCR 未使用催化劑故需要較高的溫度來保證還原反應的進行( SNCR 的反應溫度區(qū)間 850 ℃～ 1150℃)。反應溫度對 SNCR 反應中 NOx 的脫除率有重要影響。如果溫度太低，這會導致 NH3 反應不完全，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，當溫度上升到 800℃以上時，化學反應速率明顯加快，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。
2. 反應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的進程和速度，還原劑和煙氣在分解爐內(nèi)是邊混合邊反應，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，例如，局部的 NOx 濃度過高，不能被還原劑還原，導致脫硝效率低;局部的 NOx 濃度過低，還原劑未全部發(fā)生還原反應，導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)上應用時, 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提高混合成度，提高脫硝效率。同時, 高的射流動量與煙氣氣流的動量比可以提高脫硝的性能, 煙氣氣流的湍流程度對混合有促進作用。由于水泥窯爐的湍流程度相對鍋爐要好, 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，并在加熱的時候分解放出 NH3 的物質(zhì)都可以作為 SNCR 反應的還原劑，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。
國內(nèi)外的學者研究了氨、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,氨的合適反應溫度最低, 異氰酸的合適反應溫度最高 , 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. 還原劑停留的時間
因為任何反應都需要時間，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間，以期發(fā)生還原反應。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。而霧化狀態(tài)的氨在分解爐的停留時間長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)不同的類型鍋爐來分別設計不同的方案，確保還原劑停留時間達到 0.5s 以上，確保更高的脫硝效率。
尿素氨水的額停留時間一般在 0.3-0.5s 之間。有實驗表明停留時間從 100ms 升至 500ms，NOx 最大還原率可從 60%升至 83%。左右。
5. 氨氮比(NSR)
即反應中氨與 NO 的摩爾比值，按照 SNCR 反應，還原 1mol NO 需要 1mol 氨或 0.5mol 尿素，但實際中還原劑的量要比這個量大，因為實際反應比較復雜， 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 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 的反應有多相催化的作用，促進反應的進行，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O2、CO、H2O、H2、CHx 等成分都對脫硝反應產(chǎn)生一定的影響作用。在缺氧的情況下,SNCR 反應并不會發(fā)生。要在有氧的情況下,SNCR 反應才能進行, 同時氧濃度的上升使反應的溫度窗口向低溫方向移動,最大的脫硝率下降。在低溫下,當水蒸汽的濃度低時, 它是還原反應的促進劑, 濃度高時是反應的阻礙劑。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, 導致了反應物減小。在較低的反應物濃度條件下, 最優(yōu)溫度降低, 所以反應效率也就下降了。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,反應的溫度窗口向右移動。初始濃度在 200-300mg/Nm3 間脫硝效率最高。
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