选择性非催化还原法(SNCR

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选择性非催化还原法(SNCR

选择性非催化还原法(SNCR

选择性非催化还原法(SNCR)通常占到SCR系统初始投资的40%左右,其运行成本很大程度上受催化剂寿命的影响,选择性非催化还原法脱硝技术应运而生。
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选择性非催化还原法(SNCR详细介绍    发布时间:2016年05月19日

  SCR技术的催化剂费用通常占到SCR系统初始投资的40%左右,其运行成本很大程度上受催化剂寿命的影响,选择性非催化还原法脱硝技术应运而生。选择性非催化还原法(Selective Non-Catalytic Reduction,SNCR)技术是一种不用催化剂,在850℃~1100℃范围内还原NOx的方法,还原剂常用氨或尿素,最初由美国的Exxon公司发明并于1974在日本成功投入工业应用,后经美国Fuel Tech公司推广,目前美国是世界上应用实例最多的国家。

  该方法是把含有NHx基的还原剂喷入炉膛温度为850℃~1100℃的区域后,迅速热分解成NH3和其它副产物,随后NH3与烟气中的NOx进行SNCR反应而生成N2。其反应方程式主要为:

  · 4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O (5-6)

  · 4NH3+2NO+2O2→3N2+6H2O (5-7)

  · 8NH3+6NO2→7N2+12H2O (5-8)

  而采用尿素作为还原剂还原NOx的主要化学反应为:

  · (NH2)2CO→2NH2+CO (5-9)

  · NH2+NO→N2+H2O (5-10)

  · CO+NO→N2+CO2 (5-11)

  SNCR还原NO的反应对于温度条件非常敏感,炉膛上喷入点的选择,也就是所谓的温度窗口的选择,是SNCR还原NO效率高低的关键。一般认为理想的温度范围为850℃~1100℃,并随反应器类型的变化而有所不同。当反应温度低于温度窗口时,由于停留时间的限制,往往使化学反应进行不够充分,从而造成NO的还原率较低,同时未参与反应的NH3增加也会造成氨气的逃逸,遇到SO2会产生NH4HSO4和(NH4)2SO4,易造成空气预热器堵塞,并有腐蚀的危险。而当反应温度高于温度窗口时,NH3的氧化反应开始起主导作用:

  4NH3+5O2→4NO+6H2O (5-12)从而,NH3的作用成为氧化并生成NO,而不是还原NO为N2。如何选取合适的温度条件同时兼顾减少还原剂的泄漏成为SNCR技术成功应用的关键。

  典型的SNCR系统由还原剂储槽、多层还原剂喷入装置以及相应的控制系统组成。它的工艺简单,操作便捷,尤其适用于对现役机组的改造。又因它不需要催化剂床层,而仅仅需要对还原剂的储存设备和喷射系统加以安装,因而初始投资相对于SCR工艺来说要低得多。SNCR烟气脱硝技术的脱硝效率一般为30%~60%,且大多用作低NOx燃烧技术后的二次处置。

  影响SNCR还原NO的化学反应效率的主要主要因素包括以下几点:

  (1)温度对SNCR的还原反应的影响

  温度对SNCR的还原反应的影响最大。当温度高于1100℃时,NOx的脱除率由于氨气的热分解而降低;温度低于800℃以下时,NH3的反应速率下降,还原反应进行得不充分,NOx脱除率下降,同时氨气的逸出量可能也在增加。由于炉内的温度分布受到负荷、煤种等多种因素的影响,温度窗口随着锅炉负荷的变化而变动。根据锅炉特性和运行经验,最佳的温度窗口通常出现在折焰角附近的屏式过热、再热器处及水平烟道的末级过、再热器所在的区域。

  (2)还原剂在最佳温度窗口的停留时间

  还原剂在最佳温度窗口的停留时间越长,则NOx的脱除效果越好。NH3的停留时间超过1s则可以出现最佳NOx脱除率。尿素和氨水需要0.3s~0.4s的停留时间以达到有效的NOx脱除效果。

  (3)SNCR工艺所用的还原剂类型

  SNCR工艺所用的还原剂及制备方法与SCR工艺相同,主要是NH3和尿素。为了获得理想的NOx脱除效率,还原剂的用量(化学当量)比SCR工艺要大。大多数过量的还原剂分解为氮气和CO2,但是,也有微量的氨和CO会残留在尾气中,造成氨的泄漏问题。其中氨的泄漏量一般小于2.5×10-5,比较好的情况下可以小于1×10-5。在用尿素作还原剂的情况下,其N2O的生成几率要比用氨作还原剂大,这是因为尿素可分解为HNCO,而HNCO又可进一步分解生成为NCO,而NCO可与NO进行反应生成氧化二氮:NCO+NO→N2O+CO (5-13)

  为了提高SNCR对NOx的还原效率,降低氨的泄漏量,必须在设计阶段重点考虑以下几个关键的工艺参数:燃料类型、锅炉负荷、炉膛结构、受热面布置、过量空气量、NO浓度、炉膛温度分布、炉膛气流分布以及CO浓度等。


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