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SNCR（Selective Non-Catalytic Reduction）即為選擇性非催化還原法，是一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的NOx脫除技術(shù)，其原理是以NH3、尿素[CO(NH2)2]等作為還原劑，在注入到鍋爐之前霧化或者注入到鍋爐中靠爐內(nèi)的熱量蒸發(fā)霧化。在適宜的溫度范圍內(nèi)，氣相的氨或者尿素就會(huì)分解為自由基NH3和NH2，在特定的溫度和氧存在的條件下，還原劑與NOx的反應(yīng)優(yōu)于于其他反應(yīng)而進(jìn)行。因此可以認(rèn)為是選擇性化學(xué)過(guò)程。還原劑有不同的反應(yīng)溫度范圍，此溫度范圍稱為溫度窗口，對(duì)本方法的脫硝效率有較大影響。
選擇性非催化還原(SNCR)脫除 NOx技術(shù)是把含有 NHx 基的還原劑(如氨氣、 氨水或者尿素等)噴入爐膛溫度為 800℃~1 100℃的區(qū)域，該還原劑迅速熱分解成 NH3 和其它副產(chǎn)物，隨后 NH3 與煙氣中的 NOx 進(jìn)行 SNCR 反應(yīng)而生成 N2。
采用 NH3 作為還原劑，在溫度為 900℃~1 100℃的范圍內(nèi)，還原 NOx 的化學(xué)反應(yīng)方程式主要為
而采用尿素作為還原劑還原 NOx 的主要化學(xué)反應(yīng)為：
SNCR 還原 NO的反應(yīng)對(duì)于溫度條件非常敏感，爐膛上噴入點(diǎn)的選擇，也就是所謂的溫度窗口的選擇，是 SNCR還原 NO效率高低的關(guān)鍵。一般認(rèn)為理想的溫度范圍為 700℃~1 100℃, 并隨反應(yīng)器類(lèi)型的變化而有所不同。當(dāng)反應(yīng)溫度低于溫度窗口時(shí)，由于停留時(shí)間的限制，往往使化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的程度較低反應(yīng)不夠徹底，從而造成 NO 的還原率較低，同時(shí)未參與反應(yīng)的 NH3 增加也會(huì)造成氨氣泄漏。 而當(dāng)反應(yīng)溫度高于溫度窗口時(shí)， NH3 的氧化反應(yīng)開(kāi)始起主導(dǎo)作用：
從而，NH3 的作用成為氧化并生成 NO，而不是還原 NO為 N2。總之，SNCR 還原 NO的過(guò)程是上述兩類(lèi)反應(yīng)相互競(jìng)爭(zhēng)、 共同作用的結(jié)果。 如何選取合適的溫度條件同時(shí)兼顧減少還原劑的泄漏成為 SNCR 技術(shù)成功應(yīng)用的關(guān)鍵。
SNCR脫硝系統(tǒng)組成 SNCR脫硝技術(shù)特點(diǎn) SNCR脫硝效率的影響因素 SNCR脫硝技術(shù)的應(yīng)用及前景
SNCR 脫硝系統(tǒng)主要包括尿素存儲(chǔ)系統(tǒng)、尿素溶液配制系統(tǒng)、尿素溶液儲(chǔ)存系統(tǒng)、溶液噴射系統(tǒng)和自動(dòng)控制系統(tǒng)。
1 尿素供應(yīng)站
尿素存儲(chǔ)系統(tǒng)、尿素溶液配制系統(tǒng)和尿素溶液儲(chǔ)存系統(tǒng)集中布置, 共同組成尿素供應(yīng)站(以下簡(jiǎn)稱“尿素站” ) 。尿素站占地面積約 235 m2 , 高約 15 m。它的主要設(shè)備包括: 1 個(gè)干尿素儲(chǔ)倉(cāng), 1 個(gè)計(jì)量倉(cāng), 1 臺(tái)螺旋輸送機(jī), 1 個(gè)配液池, 2 個(gè)尿素溶液儲(chǔ)罐, 2 個(gè)尿素溶液輸送泵和 2 個(gè)水加壓泵。在尿素站內(nèi), 完成尿素儲(chǔ)存、尿素溶液配制的任務(wù), 泵送到爐前噴射系統(tǒng)。
2 溶液噴射系統(tǒng)
溶液噴射系統(tǒng)由三層噴射層組成, 每層由 14 個(gè)噴射器組成。三層噴射層布置在爐膛燃燒區(qū)域上部和爐膛出口處, 以適應(yīng)鍋爐負(fù)荷變化引起的爐膛煙氣溫度變化, 使尿素溶液在最佳反應(yīng)溫度窗口噴入爐膛。每層噴射層都設(shè)有總閥門(mén)控制本噴射層是否投運(yùn), 不投運(yùn)的噴射槍則由氣動(dòng)推進(jìn)器帶動(dòng)退出爐膛避免高溫受熱。各噴射層的尿素管道和霧化蒸汽管道上均設(shè)有調(diào)節(jié)閥門(mén), 控制噴射層的流量。
3 自動(dòng)控制系統(tǒng)
自動(dòng)控制系統(tǒng)采用獨(dú)立的可編程序邏輯控制器 ( PL C) , 系統(tǒng)單獨(dú)設(shè)置 1 臺(tái)工程師站 (兼操作員站) , 預(yù)留 OPC 通信接口與電廠分散控制系統(tǒng) (DCS)通信; 系統(tǒng)設(shè)有必要的報(bào)表、查詢和報(bào)警等功能。控制系統(tǒng)根據(jù)采集的相關(guān)信號(hào), 控制、調(diào)節(jié)主要設(shè)備運(yùn)行情況和噴槍運(yùn)行情況, 實(shí)現(xiàn)高效脫硝。
>>保藍(lán)SNCR脫硝技術(shù)優(yōu)勢(shì)
(1) 系統(tǒng)簡(jiǎn)單：
不需要改變現(xiàn)有鍋爐的設(shè)備設(shè)置，而只需在現(xiàn)有的燃煤鍋爐的基礎(chǔ)上增加氨或尿素儲(chǔ)槽，氨或尿素噴射裝置及其噴射口即可，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單；
(2) 系統(tǒng)投資小：
相對(duì)于SCR的大約40美元kW-1 ~60美元kW-1 的昂貴造價(jià)，由于系統(tǒng)簡(jiǎn)單以及運(yùn)行中不需要昂貴的催化劑而只需要廉價(jià)的尿素或液氨，所以 SNCR 大約 5 美元⋅kW-1 ~10 美元kW-1 的造價(jià)顯然更適合我國(guó)國(guó)情；
(3) 阻力小：
對(duì)鍋爐的正常運(yùn)行影響較小；
(4) 系統(tǒng)占地面積小：
需要的較小的氨或尿素儲(chǔ)槽，可放置于鍋爐鋼架之上而不需要額外的占地預(yù)算。
在SNCR技術(shù)設(shè)計(jì)和應(yīng)用中，影響脫硝效果的主要因素包括：
1·溫度范圍
溫度對(duì) SNCR 的還原反應(yīng)的影響最大。當(dāng)溫度高于 1 000℃時(shí)，NOx 的脫除率由于氨氣的熱分解而降低；溫度低于 1 000℃以下時(shí)，NH3 的反應(yīng)速率下降，還原反應(yīng)進(jìn)行得不充分，NOx 脫除率下降，同時(shí)氨氣的逸出量可能也在增加。由于爐內(nèi)的溫度分布受到負(fù)荷、煤種等多種因素的影響，溫度窗口隨著鍋爐負(fù)荷的變化而變動(dòng)。根據(jù)鍋爐特性和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，最佳的溫度窗口通常出現(xiàn)在折焰角附近的屏式過(guò)、再熱器處及水平煙道的末級(jí)過(guò)、再熱器所在的區(qū)域。
2·合適的溫度范圍內(nèi)可以停留的時(shí)間
停留時(shí)間：指反應(yīng)物在反應(yīng)器內(nèi)停留的總時(shí)間；在此時(shí)間內(nèi)，NH3、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的還原等步驟必須完成；停留時(shí)間的大小取決于鍋爐的氣路的尺寸和煙氣流經(jīng)鍋爐氣路的氣速；SNCR系統(tǒng)中，停留時(shí)間一般為0.001s～10s。
3·反應(yīng)劑和煙氣混合的程度
混合程度：要發(fā)生還原反應(yīng)，還原劑必須與煙氣分散和混合均勻；混合程度取決于鍋爐的形狀與氣流通過(guò)鍋爐的方式。
4· NH3/NOx摩爾比（化學(xué)當(dāng)量比）
5·未控制的NOx濃度水平
6·氣氛（氧量、一氧化碳濃度）的影響
7·氮?jiǎng)╊?lèi)型和狀態(tài)
8·添加劑的作用
SNCR在不同的鍋爐中的應(yīng)用。對(duì)于垃圾爐、某些工業(yè)鍋爐，由于其爐膛內(nèi)的溫度正好處于其反應(yīng)溫度窗內(nèi)，因此SNCR適應(yīng)性比較好，噴氨點(diǎn)的設(shè)置和控制比較簡(jiǎn)單。而且由于不經(jīng)過(guò)對(duì)流受熱面，爐膛內(nèi)的溫度又相對(duì)穩(wěn)定，所以運(yùn)行的可靠性相對(duì)要好一些。因此SNCR在這類(lèi)鍋爐的應(yīng)用比較多。
要解決反應(yīng)溫度窗的遷移的問(wèn)題，煙氣溫度的測(cè)量就是良好控制的前提。在這么高的溫度下，現(xiàn)有的技術(shù)水平，從測(cè)點(diǎn)數(shù)量、成本、測(cè)量的可靠性、儀表的損壞率都會(huì)有一些問(wèn)題。
另外一個(gè)問(wèn)題就是氨氮摩爾比的問(wèn)題。氨氮摩爾比是獲得高的脫硝效率、低的漏氨和穩(wěn)定的性能的重要因素。首先，SNCR還原反應(yīng)的氨氮摩爾比不象SCR一樣固定為1：1，隨著反應(yīng)條件的變化，這個(gè)比例是一個(gè)變化的值。然后，在SNCR的噴氨區(qū)，NOx的分布的均勻性很差，而且沒(méi)有使NOx分布變得均勻的混合手段，因此要獲得接近最佳氨氮摩爾比幾乎是不可能的。NOx測(cè)量的環(huán)境以及NOx測(cè)量?jī)x的成本，使得動(dòng)態(tài)準(zhǔn)確獲得NOx的分布數(shù)據(jù)比獲得煙氣溫度有關(guān)數(shù)據(jù)的困難大得多。
SNCR的脫硝效率，隨著鍋爐的性能設(shè)計(jì)和受熱面布置的不同，所能達(dá)到的極限也不同。如果在鍋爐設(shè)計(jì)的時(shí)候，在性能設(shè)計(jì)和受熱面設(shè)計(jì)時(shí)為SNCR而改變，那么SNCR會(huì)容易一些。但是這樣大多是得不償失的。所以在具體項(xiàng)目上SNCR的可行性論證，要等鍋爐設(shè)計(jì)基本方案出來(lái)以后，才能說(shuō)脫硝效率能夠有望達(dá)到多高的水平。
要把SNCR的脫硝效率發(fā)揮到極致，首先假設(shè)煙氣溫度和NOx測(cè)量技術(shù)的發(fā)展以及成本的降低，使準(zhǔn)確、及時(shí)、可靠、地動(dòng)態(tài)測(cè)量可能的反應(yīng)區(qū)域內(nèi)的盡可能多的溫度以及進(jìn)出口NOx數(shù)值成為可能。然后按照煙氣流動(dòng)方向和煙道截面方向的布置足夠多的噴氨區(qū)域，按照測(cè)量的數(shù)據(jù)對(duì)噴氨量進(jìn)行精確調(diào)控。如果可能，鍋爐受熱面布置的時(shí)候，在同一級(jí)過(guò)熱器或者再熱器受熱面在適當(dāng)?shù)牡胤綇闹虚g拉開(kāi)，為自由布置噴氨區(qū)域提供方便，甚至將對(duì)反應(yīng)溫度區(qū)有意多留長(zhǎng)一點(diǎn)的凈空。
總之，SNCR確實(shí)存在一些問(wèn)題，因溫度窗口、濃度分布、脫硝效率等問(wèn)題確難在大型煤粉爐上廣泛應(yīng)用。但是由于方便改造，SNCR建設(shè)周期短、投資少等優(yōu)勢(shì)在流化床、中小型電廠改造項(xiàng)目、垃圾焚燒爐和應(yīng)對(duì)脫硝催化劑價(jià)格昂貴且易中毒失效而生的SNCR與SCR聯(lián)合脫硝技術(shù)作為預(yù)脫硝項(xiàng)目上很有市場(chǎng)。
