(完整版)非选择性催化脱硝技术.doc

第二节 选择性非催化还原烟气脱硝技术选择性催化还原脱除 NOX 的运行成本主要受催化刑寿命的影响， 一种不需要催化剂的选择性还原过程或许更加诱人， 这就是选择性非催化还原 (Selective non-catalytic reduction, SNCR)脱除 NOX 技术该技术是把含有NHX基的还原剂，喷入炉膛温度为℃的区域，该800-1100还原剂迅速热分解成 NH 3 并与烟气中的NOX 进行 SNCR 反应生成 N 2该方法以炉膛为反应器，可通过对锅炉进行改造实现，具有诱人的工业前景 SNCR 技术的工业应用是在 20 世纪70 年代中期日本的一些燃油、燃气电厂开始的，在欧盟国家从 80 年代末一些燃煤电厂也开始 SNCR 技术的工业应用美国的 SNCR 技术在燃煤电厂的工业应用是在 90 年代初开始的、目前世界上燃煤电厂 SNCR 工艺的总装机容量在 2GW 以上一、 SNCR 脱 NOx 工艺流程和过程化学(一 )、工艺流程图 5-36 示出了一个典型的 SNCR 工艺布置图，它由还原剂贮槽、多层还原剂喷入装置和与之相匹配的控制仪表等组成 SNCR 反应物贮存和操作系统同 SCR 系统是相似的，但它所需的氨和尿素的量比 SCR 工艺要高一些。

从 SNCR 系统逸出的氨可能来自两种情况 一是由于喷入的温度低影响了氨与 NOX 的反应；另一种可能是喷入的还原剂过量，从而导致还原剂不均匀分布由于不可能得到有效的喷入还原剂的反馈信息，所以控制 SNCR 体系中氨的逸出是相当困难的，但通过在出口烟管1中加装一个能连续准确测量氨的逸出量的装置，可改进现行的 SNCR 系统还原剂喷入系统必须能将还原剂喷入到锅炉内最有效的部位， 因为 NOX 分布在炉膛对流断面上是经常变化的，如果喷入控制点太少或喷到锅炉中整个断面上的氨不均匀，则一定会出现分布率较差和较高的氨逸出量在较大的燃煤锅炉中，还原剂的分布则更困难，因为较长的喷入距离需要覆盖相当大的炉内截面多层投料同单层投料一样在每个喷入的水平切面上通常都要遵循锅炉负荷改变引起温度变化的原则然而，由于这些喷入量和区域是非常复杂的，因此要做到很好的调节也是很困难的为保证脱硝反应能充分地进行，以最少的喷入NH 3 量达到最好的还原效果，必须设法使喷入的 NH3 与烟气良好地混合若喷入的 NH3 不充分反应，则泄漏的 NH 3 不仅会使烟气中的飞灰容易沉积在锅炉尾部的受热面上，而且烟气中NH 3 遇到 SO3 会生成 (NH 4)2SO4，易造成空气预热器堵塞，并有腐蚀的危险。

SNCR 法的喷氨点应选择在锅炉炉膛上部相应的位置，并保证与烟气良好混合若喷入的为尿素溶液，其含量应为 50％左右二 )、过程化学研究发现，在炉膛 900-1100℃这一狭窄的温度范围内、在无催化剂作用下， NH 3 或尿素等氨基还原剂可选择性地还原烟气中的 NOx ，基本上不与烟气中的 O2 作用，据此发展了SNCR 法在 900-1100℃范围内， NH 3 或尿索还原 NOX 的主要反应为：当温度更高时， NH 3 则会被氧化为 NO，即实验证明，低于 900℃时． NH 3 的反应不完全，会造成所谓的“氨穿透” ；而温度过高 NH 3 氧化为 NO 的量增加，导致 NOx 排放浓度增大．所以， SNCR 法的温度控制是至关重要的二、温度窗口的选择在 SNCR 工艺中，最主要的是炉膛上喷入点的选取，即温度窗口 (temperature window）的选择依据还原剂类型和， SNCR 工艺运行的条件，一个有效的温度窗口常发生在2900-1100℃之间例如，图 5-37 表示了一个以氨为还原剂 SNCR 工艺的中试装置的温度窗口曲线图当反应温度增加到 1000℃以上时， NOx 脱除率由于氨的热分解而降低。

另一方面，在 1000℃以下， NOx 脱除率也在下降，同时、氨的逸出量可能在增加最佳的温度窗口通常出现征蒸汽发生器和对流热交换器所在区 图 5-38 示出了一个规模为 285MK 燃烧煤粉的固体排渣锅炉在满负荷下的炉膛上部区域处温度正面分布图 这些数据是通过测量锅炉内气体温度，同时结合热变换模拟的结果估测出来的根据温度的纵剖面图可以看出最佳温度窗口仅发生在炉膛上部的再热器处3Himes 等人在 1995 年报道过对规模为 321MW 的燃煤液体排渣锅炉的每个观察窗口采用高速热电偶和切面高温温度计来测量满负荷和减负荷炉膛温度的分布情况在正常的满负荷情况下，实际还原剂喷入点的下边缘处的三个窗口的烟气温度范围为 1090-1230℃；在最小负荷为 81MW 时，这些窗口的温度就降到 650-840℃温度的纵剖面图数据表明，温度窗口是随着锅炉负荷的改变而产生移动在负荷变化的过程中，即使在一个合适的温度下向锅护喷入还原剂也会引起很多问题然而，要设计一个在整个负荷范围内都能满足 NOX 脱除要求的SNCR 系统，能准确表达还原剂喷入区域内的温度纵剖面图是必须的还原剂在最佳温度窗口停留时间越长．则脱除 NOx 的效果越好。

停留时间超过 1s 则可出现最佳 NOX 脱除率，然而，最短停留时间为 0.3s 时， SNCR 的 NOX 脱除率也是不错的M uzio 等人在 1993 年就报道过采用一个中间规模的燃烧器进行实验，得出停留时间对 NOX脱除率的影响，如图 5-39 所示由图 5-39 可知氨和尿素需要 0.3-0.4s的停留时间才能达到有效脱除 NOX 的效果在实验室规模的夹带流反应器中喷入尿素溶液，我们对停留时间和反应温度对 NOX 脱除的影响进行了实验研究结果如图5-40和图5-4l所示在℃、NOx为1000300×10-6 和 n(N)/n(NO) ＝1.5 的条件下，仰、随着停留时间的增加而增加(图 5-40)在开始的0.3s 内，脱除 NOX 反应速率非常快， 大约能达到 40％的去除率，随后反应速率明显下降， 1.7s 内去除率仅增加 32％因此，初始阶段是非常重要的4反应温度对尿素脱除 NO 的影响如图 5-41 所示，随着 n(N)/n(NO) 的增加，温度的影响更明显 (特别是在 800-900℃范围内 )在 SNCR 过程中温度的影内存在着两种趋势，一方面是温度的升高促进 NH 3 的氧化，使 NO 脱除率下降；另一方面温度的降低会使 NH3的反应速率下降，也会导致 NO 脱除率下降。

因此，最佳温度是这两种趋势对立统一的结果由图可知．最佳温度为 900℃三、 NH 3/NOX 摩尔比的影响和 N2O 排放问题反应人程式 (5-36)-(5-39)示出了 1 摩尔 NO 进行化学还原反应需要 1 摩尔的氨 (或其他还原剂)被利用的还原剂的量可通过加入到系统中还原剂的量和脱除 NOX 的量来计算化学计量比定义为脱除 1 摩尔 NOX 所需氨的量 (摩尔 )[ 或具他还原剂所用氦的量 (摩尔 )] ，而实际所需的化学计量比要大些例如，一个 NOX 脱除中为 50％的系统按 NOX 入口浓度计算其标难化5学计量比为 1.0．而根据脱除 NOX 的量所得的实际化学计量比为2.0SNCR 工艺一般氨的逸出率限制在 5×10-6 或更低 sSNCR 工艺的化学计量比低于1.05，此时氨的利用率达到95％以上在一个个燃烟煤的旋风锅炉的短期试验中， 喷入尿素的 SNCR工艺在化学计量比为2.0 的条件下运行， NOX 脱除率仅为20％；在化学计量比为3.3时，XNO脱除率为 42％值得注意的是该化学计量比的值已由原先以NOX 脱除率为依据的 0.4 转变为以入口处 NO 浓度为依据的 1.4。

整个试验过程中，氨的选出含量始终低于10×10-6，这表明很多还原剂在锅炉高温 (1100℃以上 )区域分解成氮气和水，反应方程式如下；与 SCR 工艺相同的是氨与 SO3 反应生成硫酸铵这个潜在的副反应没有发生 在空气加热器的操作温度下，硫酸铵的生成将会加快，并且最终导致空气加热器污染和堵塞虽然SNCR 工艺没有 SO2 被氧化，但是自然生成的3的浓度有时也是非常高的(尤其在高硫煤中 ，这关SO)系到较高的潜在氨的逸出率SNCR 工艺通常会产生 N2O，N2 O 会引起温度效应 N2O 在大气中很稳定，滞留时间长达 20-100 年，因而被认为是温室气体之一，对气候和臭氧层具有破坏作用 N2O 的形成主要来源于 SNCR 工艺所采用的还原剂、喷入还原剂的量以及喷入温度图 5-42 示出了以氨、尿素和氰尿酸为还原剂 SNCR 工艺脱除 NOX ，发生的主要化学反应途径 从图 5-42 的右边途径可看出以尿素为还原剂时， NCO 与 NO 反应生成了 N2O，因此，喷入尿素比喷入氨要产生更高的 N2O 排放浓度使用氨也会产生 N2O，其反应式为：6图 5-43 示出了以尿素为还原剂的 SNCR 系统的实验装置的结果。

N2O 的生成量是随着 NOX 脱。