SNCR+SCR脫硝工藝原理

　　本工程設(shè)計(jì)尿素為還原劑的 SNCR 系統(tǒng)。袋裝尿素被送入尿素溶解罐中進(jìn)行溶解，溶解后的尿素溶液打至尿素溶液儲(chǔ)罐，尿素溶液供應(yīng)泵將尿素溶液儲(chǔ)罐中的尿素溶液加壓后打至噴射模塊，通過墻式噴射器與噴射器將其噴入到爐膛中，經(jīng)爐膛中爐膛高溫?zé)煔庾饔茫纸獬瞿蛩貧猓瑓⑴c NOx 的還原反應(yīng)。

　　在高溫沒有催化劑的條件下，氨基還原劑噴入爐膛，熱解生成NH3與其它副產(chǎn)物，在850~1100℃溫度窗口，NH3與煙氣中的NOx進(jìn)行選擇性非催化還原反應(yīng)，將NOx還原成N2與H2O。反應(yīng)過程如下：

　　采用NH3作為還原劑，在850~1100℃溫度范圍內(nèi)，與NOx反應(yīng)的化學(xué)方程式為：

　　4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O (1)

　　4NH3+2NO+2O2→3N2+6H2O (2)

　　8NH3+6NO2→7N2+12H2O (3)

　　SNCR脫硝反應(yīng)對(duì)溫度條件非常敏感，受制于停留時(shí)間、NH3/NO摩爾比(NSR)、混合程度等因素。

　　反應(yīng)溫度

　　NH3與NOx反應(yīng)過程受溫度的影響較大：反應(yīng)溫度超過1100℃時(shí)，NH3被氧化成NOx(式5)，氧化反應(yīng)起主導(dǎo);反應(yīng)溫度低于1000℃時(shí)，NH3與NOx的還原反應(yīng)為主，但反應(yīng)速率降低，易造成未反應(yīng)的NH3逃逸過高。選擇性非催化還原煙氣脫硝過程是上述兩類反應(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是該技術(shù)成功應(yīng)用的關(guān)鍵。

　　4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O (4)

　　采用尿素溶液作為脫硝還原劑時(shí)，還原劑溶液經(jīng)霧化器霧化成液滴噴入爐內(nèi)，霧化液滴蒸發(fā)熱解成NH3之后，才進(jìn)入合適的溫度區(qū)域進(jìn)行還原反應(yīng)。基于氨水與尿素霧化液滴蒸發(fā)熱解速度的不同，其噴入爐膛的合適溫度窗口也有差別：液氨為還原劑時(shí)，窗口溫度約為870℃~1,100℃;尿素為還原劑時(shí)，窗口溫度約為900~1,150℃。由于尿素的儲(chǔ)存方便、安全噴射效果好，選擇性非催化還原系統(tǒng)通常采用尿素作為還原劑。

　　未反應(yīng)的NH3與煙氣一起進(jìn)入SCR反應(yīng)器，進(jìn)過催化劑的催化在SCR反應(yīng)器內(nèi)，NO通過以下反應(yīng)被還原：

　　4NO+4NH3+O2→3N2+6H2O

　　6NO+4NH3→5N2+6H2O

　　停留時(shí)間

　　研究表明，NH-NO非爆炸性反應(yīng)時(shí)間僅約100ms。停留時(shí)間指的是還原劑在爐內(nèi)完成與煙氣的混合、液滴蒸發(fā)、熱解成NH3、NH3轉(zhuǎn)化成游離基NH2、脫硝化學(xué)反應(yīng)等全部過程所需要的時(shí)間。

　　延長(zhǎng)反應(yīng)區(qū)域內(nèi)的停留時(shí)間，有助于反應(yīng)物質(zhì)擴(kuò)散傳遞和化學(xué)反應(yīng)，提高脫硝效率。當(dāng)合適的反應(yīng)溫度窗口較窄時(shí)，部分還原反應(yīng)將滯后到較低的溫度區(qū)間，較低的反應(yīng)速率需要更長(zhǎng)的停留時(shí)間以獲得相同脫硝效率。當(dāng)停留時(shí)間超過1s時(shí)，易獲得較高的脫硝效果，停留時(shí)間至少應(yīng)超過0.3秒。

　　化學(xué)當(dāng)量比(NSR)

　　NH3-NO理論化學(xué)反應(yīng)當(dāng)量比為1:1，但由于氨水一小部分未反應(yīng)的NH3隨煙氣排入大氣，因此，需要比理論化學(xué)當(dāng)量比更多的還原劑噴入爐膛才能達(dá)到較理想的NOx 還原率。此外，當(dāng)原始NOx濃度較低時(shí)，脫硝還原化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力降低，為達(dá)到相同的脫硝效率，需要噴入爐內(nèi)更多的還原劑參與反應(yīng)。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)顯示，脫硝效率在50%以內(nèi)時(shí)，NH3/ NOx 摩爾比一般控制在1. 0~2.0 之間, 不超過2.5。

　　還原劑合與煙氣的混合

　　脫硝還原劑與煙氣充分均勻混合，是保證在適當(dāng)?shù)腘H3/NO摩爾比下獲得較高脫硝效率的重要條件之一。為將還原劑準(zhǔn)確送到爐膛內(nèi)合適的脫硝還原反應(yīng)溫度區(qū)間，并與煙氣充分混合，通常采用如下措施：

　　優(yōu)化霧化器的噴嘴，控制霧化液滴的粒徑、噴射角度、穿透深度及覆蓋范圍。

　　強(qiáng)化尿素噴射器下游煙氣的湍流混合，增加反應(yīng)溫度區(qū)域內(nèi)的NH3/NOx擴(kuò)散，提高反應(yīng)速率。

　　對(duì)鍋爐效率的影響

　　尿素溶液噴入爐膛高溫?zé)煔庵校F化液滴的蒸發(fā)汽化以及NH3與NO反應(yīng)，需要從煙氣中吸收部分熱量，這可能會(huì)增加鍋爐的熱損失。通常應(yīng)盡可能控制尿素溶液的噴入量，使SNCR裝置對(duì)鍋爐熱效率的影響小于0.2%。

　　氨逃逸

　　SNCR脫硝反應(yīng)過程中，部分未參與反應(yīng)的NH3隨煙氣進(jìn)入下游煙道。在146~207℃溫度區(qū)間，氣態(tài)氨與煙氣中SO3反應(yīng)生成粘性較強(qiáng)的NH4HSO4，容易造成空預(yù)器低溫段受熱面堵塞和腐蝕。

　　5.3、設(shè)計(jì)參數(shù)