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第二章選擇性非催化還旅法(SNCR)煙氣脫硝技術(shù)基本知識(shí)
溫度的上升而上升,溫度超過(guò)1100℃時(shí),[NO1劇烈升高。對(duì)臨界初始濃度[NO
的討論對(duì)實(shí)際技術(shù)應(yīng)用的意義只在于指明了在高溫下NO濃度的下降受到一個(gè)動(dòng)力學(xué)平衡的
在實(shí)際工程應(yīng)用中,通過(guò)SNCR反應(yīng)器的NO,濃度一般并不是定值,面是隨著燃料量
鍋爐運(yùn)行參數(shù)變化而出現(xiàn)波動(dòng)。如表2-2所示的工況,保持其他參數(shù)不變,改變?nèi)丝贜O
濃度,研究其對(duì)5NCR過(guò)程的影響
入口NO濃度對(duì)出口NO濃度的影響工況
NO 1
275
550
:
1650
圖2-15所示為人口NO濃度增加時(shí)出口NO濃度的變化。由圖2-15可見(jiàn),入口NO
濃度增加,則出口NO濃度也增加。所有工況下NO濃度都是在100150出現(xiàn)突變,說(shuō)
明入口NO濃度對(duì)反應(yīng)溫度窗口的影響不大。工況3和工況4由于NSR不足1,NO過(guò)量
因此大量NO從出口排出。因此,當(dāng)入口NO濃度增加時(shí),需要相應(yīng)地增加NH3的噴入量
以保證NO的還原效果。
圖2-16所示為入口NO濃度增加時(shí)出口NH1逃逸量的變化。由圖2-16可知,在所有
工況下,當(dāng)溫度小于1100K時(shí),NH2泄量都在1060pm左右,說(shuō)明即使入口NO濃度增
加,在低于溫度窗口下限的溫度下NH3仍然基本不參加反應(yīng)。當(dāng)溫度在100-1300K范圍
內(nèi)時(shí),工況1由于入口NO濃度較小,NH過(guò)量,因此NH3泄漏量比較大;工況3和工況4
的入口NO濃度過(guò)大,NH3量不足,因此NH3泄漏量比較小。當(dāng)溫度高于1300K后,即使
NO量不足,NH3也在高溫下被氧氣氧化了,因此各工況下的NH2均很少泄漏
溫度k
圖2-16入口NO濃度增加時(shí)出口
圖2-15入口NO濃度增加時(shí)出口
NH3選逸量的變化
圖2-17是SNCR技術(shù)脫硝效率與NO,初始濃度的關(guān)系曲線,它表明對(duì)于較低的入口
NO濃度的變化
MO濃度,所需的最佳反應(yīng)溫度也較低,因而NO,還原百分?jǐn)?shù)也較低。
由于氨(尿素)在高溫爐內(nèi)生存時(shí)間短,氨與煙氣的混合必須迅速,否則噴入爐內(nèi)的
五、反應(yīng)劑和煙氣混合程度
的從圖2-13可以看出,NB對(duì)NO,還原的溫度窗口沒(méi)有影響,無(wú)論NSR是大還是小
還原反應(yīng)都是在110左右激活。NSR的變化引起了MO還原效率的變化。當(dāng)Nsa
時(shí),NO,還原水平很低,即使在最佳還原溫度1200K時(shí)NO,的最低排放濃度也有150pm
而當(dāng)NR=2.0后,在最佳還原溫度1200K時(shí)NO,的排放濃度只有40pm左右,且No,的
放濃度基本不再隨著NSR的升高而變化。因此,實(shí)際工程中還原劑NH3/NO2的摩爾比應(yīng)控
制在1.0-2.0的范圍內(nèi)比較合適
1實(shí)驗(yàn)結(jié)果能夠清楚地體現(xiàn)化學(xué)平衡的原理。由圖2-13可以看出,隨若氨氮比的升高
NO濃度降低。氨氮比從0.5上升到1.0時(shí),NO2濃度下降很多;但當(dāng)氨氮比繼續(xù)增加至2.0
以上時(shí),NO濃度下降不多。這是因?yàn)榘痹诟邷叵碌姆磻?yīng)有氧化和還原兩個(gè)方向,氨氮比超
過(guò)1.0以后,氨的選擇性就會(huì)下降
由圖2-13還可以看出,低溫段的NO,濃度變化曲線相互重合,溫度達(dá)到850-90℃
時(shí),不同的NsR的作用才逐步顯示出來(lái)。低溫下,反應(yīng)處于動(dòng)力限制階段,停留時(shí)間短
不足以使反應(yīng)進(jìn)行到很深的程度,增加的氨并不能有效地將NO還原,只有在溫度提高以
后,才能收到效果。這表明氨氮比NSR的提高對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響還是有限的,提高氨
氮比并不能使低溫下的反應(yīng)進(jìn)行得更徹底
另外,圖2-13也反映出最佳反應(yīng)溫度T=隨若NSR的提高而有所上升。NO,還原反應(yīng)
的最佳溫度點(diǎn)是由NO,被還原生成的反應(yīng)和氨被氧化生成NO的反應(yīng)的溫度曲線共同確定
的。最佳反應(yīng)溫度T隨著NsR的升高而上升表明了氨氮比NsR的升高使氧化和還原兩個(gè)
反應(yīng)在更高的溫度下達(dá)到平衡。超過(guò)這個(gè)平衡的溫度,氧化反應(yīng)的速度將會(huì)超過(guò)還原反應(yīng)
NO,濃度將會(huì)上升。
燃煤電站SNCR脫硝工程設(shè)計(jì)中,根據(jù)業(yè)主脫硝效率的要求,NSR與脫硝效率的關(guān)系可
溫度的上升而上升,溫度超過(guò)1100℃時(shí),[NO1劇烈升高。對(duì)臨界初始濃度[NO
的討論對(duì)實(shí)際技術(shù)應(yīng)用的意義只在于指明了在高溫下NO濃度的下降受到一個(gè)動(dòng)力學(xué)平衡的
在實(shí)際工程應(yīng)用中,通過(guò)SNCR反應(yīng)器的NO,濃度一般并不是定值,面是隨著燃料量
鍋爐運(yùn)行參數(shù)變化而出現(xiàn)波動(dòng)。如表2-2所示的工況,保持其他參數(shù)不變,改變?nèi)丝贜O
濃度,研究其對(duì)5NCR過(guò)程的影響
入口NO濃度對(duì)出口NO濃度的影響工況
NO 1
275
550
:
1650
圖2-15所示為人口NO濃度增加時(shí)出口NO濃度的變化。由圖2-15可見(jiàn),入口NO
濃度增加,則出口NO濃度也增加。所有工況下NO濃度都是在100150出現(xiàn)突變,說(shuō)
明入口NO濃度對(duì)反應(yīng)溫度窗口的影響不大。工況3和工況4由于NSR不足1,NO過(guò)量
因此大量NO從出口排出。因此,當(dāng)入口NO濃度增加時(shí),需要相應(yīng)地增加NH3的噴入量
以保證NO的還原效果。
圖2-16所示為入口NO濃度增加時(shí)出口NH1逃逸量的變化。由圖2-16可知,在所有
工況下,當(dāng)溫度小于1100K時(shí),NH2泄量都在1060pm左右,說(shuō)明即使入口NO濃度增
加,在低于溫度窗口下限的溫度下NH3仍然基本不參加反應(yīng)。當(dāng)溫度在100-1300K范圍
內(nèi)時(shí),工況1由于入口NO濃度較小,NH過(guò)量,因此NH3泄漏量比較大;工況3和工況4
的入口NO濃度過(guò)大,NH3量不足,因此NH3泄漏量比較小。當(dāng)溫度高于1300K后,即使
NO量不足,NH3也在高溫下被氧氣氧化了,因此各工況下的NH2均很少泄漏
溫度k
圖2-16入口NO濃度增加時(shí)出口
圖2-15入口NO濃度增加時(shí)出口
NH3選逸量的變化
圖2-17是SNCR技術(shù)脫硝效率與NO,初始濃度的關(guān)系曲線,它表明對(duì)于較低的入口
NO濃度的變化
MO濃度,所需的最佳反應(yīng)溫度也較低,因而NO,還原百分?jǐn)?shù)也較低。
由于氨(尿素)在高溫爐內(nèi)生存時(shí)間短,氨與煙氣的混合必須迅速,否則噴入爐內(nèi)的
五、反應(yīng)劑和煙氣混合程度
的從圖2-13可以看出,NB對(duì)NO,還原的溫度窗口沒(méi)有影響,無(wú)論NSR是大還是小
還原反應(yīng)都是在110左右激活。NSR的變化引起了MO還原效率的變化。當(dāng)Nsa
時(shí),NO,還原水平很低,即使在最佳還原溫度1200K時(shí)NO,的最低排放濃度也有150pm
而當(dāng)NR=2.0后,在最佳還原溫度1200K時(shí)NO,的排放濃度只有40pm左右,且No,的
放濃度基本不再隨著NSR的升高而變化。因此,實(shí)際工程中還原劑NH3/NO2的摩爾比應(yīng)控
制在1.0-2.0的范圍內(nèi)比較合適
1實(shí)驗(yàn)結(jié)果能夠清楚地體現(xiàn)化學(xué)平衡的原理。由圖2-13可以看出,隨若氨氮比的升高
NO濃度降低。氨氮比從0.5上升到1.0時(shí),NO2濃度下降很多;但當(dāng)氨氮比繼續(xù)增加至2.0
以上時(shí),NO濃度下降不多。這是因?yàn)榘痹诟邷叵碌姆磻?yīng)有氧化和還原兩個(gè)方向,氨氮比超
過(guò)1.0以后,氨的選擇性就會(huì)下降
由圖2-13還可以看出,低溫段的NO,濃度變化曲線相互重合,溫度達(dá)到850-90℃
時(shí),不同的NsR的作用才逐步顯示出來(lái)。低溫下,反應(yīng)處于動(dòng)力限制階段,停留時(shí)間短
不足以使反應(yīng)進(jìn)行到很深的程度,增加的氨并不能有效地將NO還原,只有在溫度提高以
后,才能收到效果。這表明氨氮比NSR的提高對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響還是有限的,提高氨
氮比并不能使低溫下的反應(yīng)進(jìn)行得更徹底
另外,圖2-13也反映出最佳反應(yīng)溫度T=隨若NSR的提高而有所上升。NO,還原反應(yīng)
的最佳溫度點(diǎn)是由NO,被還原生成的反應(yīng)和氨被氧化生成NO的反應(yīng)的溫度曲線共同確定
的。最佳反應(yīng)溫度T隨著NsR的升高而上升表明了氨氮比NsR的升高使氧化和還原兩個(gè)
反應(yīng)在更高的溫度下達(dá)到平衡。超過(guò)這個(gè)平衡的溫度,氧化反應(yīng)的速度將會(huì)超過(guò)還原反應(yīng)
NO,濃度將會(huì)上升。
燃煤電站SNCR脫硝工程設(shè)計(jì)中,根據(jù)業(yè)主脫硝效率的要求,NSR與脫硝效率的關(guān)系可
氨（尿素）就會(huì)被氧化（生成NO或
N3），SNCR技術(shù)工業(yè)應(yīng)用上的低脫
確效率正是由于混合的限制和溫度的
柳度大。兩者的充分混合是保證反應(yīng)
充分的技術(shù)關(guān)鍵之一，是保證在適當(dāng)
的NH，/NO.摩爾比下得到較高的NO，
還原舉的重要環(huán)節(jié)。
由于SNCR中氨還原劑的射流與
南第購(gòu)1（）l0”煙氣主氣流的混合時(shí)間通常和化學(xué)反
應(yīng)時(shí)間是同一個(gè)量級(jí)的，也就是說(shuō)，
圖2-17人口NO.濃度對(duì)還原效率的影響是一個(gè)化學(xué)/混合控制的過(guò)程。因此，
混合的程度對(duì)反應(yīng)的程度影響很大。研究發(fā)現(xiàn)，還原劑具有的噴射射流的動(dòng)量與煙氣氣流的
動(dòng)量比是一個(gè)重要的參數(shù)，高動(dòng)量比可以提高SNCR脫硝的性能。當(dāng)動(dòng)量比達(dá)到20~30時(shí)，
效果最好，繼續(xù)增加動(dòng)量比并不能進(jìn)一步提高脫硝的效果。同時(shí)，煙氣氣流的端流程度對(duì)混
合有促進(jìn)作用。
對(duì)于以尿素為還原劑的SNCR脫硝系統(tǒng)，由于噴入的尿素必須與煙氣中的NO充分混合
后才能發(fā)揮較好的選擇性還原NO的效果，但如果混合時(shí)間太長(zhǎng)，或者混合不充分，就會(huì)降
低反應(yīng)的選擇性。為使尿素溶液分散，反應(yīng)劑被專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的噴嘴霧化成具有最佳尺寸和分布
的液滴。尿素溶液的蒸發(fā)及噴射軌跡是其液滴直徑的函數(shù)。大的液滴具有大的動(dòng)量且透人煙
氣流更遠(yuǎn)，但它要求的揮發(fā)時(shí)間較長(zhǎng)，需要的滯留時(shí)間也長(zhǎng)。
反應(yīng)劑與煙氣混合不好會(huì)使NO，還原反應(yīng)效果降低，可采取以下方法改善混合效果：
（l)增加傳給液滴的能量；
（2）增加噴嘴的層數(shù)、個(gè)數(shù)；
（3）增加噴射區(qū)的數(shù)量；
（4）改進(jìn)霧化噴嘴的設(shè)計(jì)以改善液滴的大小、分布、噴霧角度和方向：
（5）通過(guò)對(duì)煙氣和反應(yīng)劑的數(shù)值模型對(duì)噴射系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。
六、氫的逃逸
從SNCR系統(tǒng)逃途的氨可能來(lái)自?xún)煞N情況：一種可能是由于噴人點(diǎn)煙氣溫度低，影響了
氨與NO，的反應(yīng)；另一種可能是噴入的還原劑過(guò)量或還原劑分布不均勻。還原劑瑰入系統(tǒng)應(yīng)
必須能將還原劑噴入到爐內(nèi)最有效的部位，對(duì)于燃煤電站鍋?zhàn)o(hù)。因?yàn)镹O，的分布在爐整對(duì)流
斷面上是經(jīng)常變化的，如果噴入控制點(diǎn)太少或噴到爐內(nèi)某個(gè)斷面上的氫不均勻，則會(huì)出現(xiàn)較
高的氨逃逸量。
