SNCR脱硝技术在中小型燃煤锅炉上的应用研究.doc

SNCR脱硝技术在中小型燃煤锅炉上的应用研究 摘 要中小型燃煤锅炉等固定源装备燃烧化石燃料过程中释放的氮氧化物对环境造成的污染早就已经变成万众瞩目的焦点话题。为了切合日益严厉的排放标准，如今对于NOx的治理关键通过燃烧后烟气脱硝这一项技术，而其中选择性催化还原SCR脱硝技术的应用最为广泛，这关键由于它的高选择性以及高效率。全世界对于SCR脱硝的催化剂性能优化、催化反应机理、反应动力学等展开了十分广泛的研究，不过我国在这方面的探索还依然处在初始阶段。本文就是在此背景下综述了关于尿素-SNCR脱硝反应的基础研究。 关键词脱硝技术，燃煤锅炉，氮氧化物 以煤作为主体的国家能源结构引发大气污染物排放总量一直都处于较高水平，区域性的大气污染问题已经显而易见，很多城市群空气污染表现出显而易见的区域性特征，NOx的污染问题还没有获得行之有效的控制，酸雨的类型早就已经从硫酸型转化为硝酸以及硫酸复合型。中小型燃煤锅炉作为关键的NOx的排放源之一，对其实施减排是必须的，也是相当紧迫的。伴随着我国对NOx的排放管控日益严厉，中小型燃煤锅炉脱硝的工程应用技术持续发展。如今对于现役的中小型燃煤锅炉，通过高效低氮燃烧SNCR技术进行脱硝早就已经成为主流。 影响SNCR运转过程的主要因素包括NSR值、尿素喷入的温度窗口、初始N0浓度、烟气以及反应剂的混合和氧量等因素。和尿素喷射系统息息相关的因素包含有烟气氧量、NSR值、温度窗口、烟气和还原剂的混合程度等。 1 尿素除去NOx的温度窗口 SNCR技术对于温度条件极其敏感，在炉膛上选去恰当的喷入点，决定了SNCR 还原N0效率的好坏。使用尿素溶液还原N0的最优异的温度区间和确切的脱硝环境密切相关，从通常的实验以及工程运转状况来看，温度窗口往往在850-l1000C之间。SNCR的温度窗口是一个及其狭窄的范围，通常低于800℃的时候，还原反应的速度比较缓慢以至于还原失去效果，绝大多数NH3没有发生反应，由此而形成氨逃逸。当温度过于高的时候譬如说高于1200℃，NH3更加易于被氧化成为NO。实测数据显示NH3的排放遭受燃烧烟气温度的深层次影响，在1040℃或者更加高的温度下喷射尿素可显而易见降低NH3的排放，这表示尿素喷入理应在最优异的温度区域的上限，与此同时降低N20排放的概率。 2 氨氮比NSR 氨氮比NSR是指反应体系中氨和NO的摩尔比与理论上的氨还原NO反应的当量摩尔比之间的比值。NSR提供一个描述还原剂相对喷射量的参数。当NSR的值超过l时显示喷射的尿素多于燃烧烟气中NO的含量。Nylander等人的脱硝实验显示，随着NSR值的逐渐提升，在NSR2.0时脱除率达到40％。然后达到一点后开始逐渐降低，进一步提升NSR的值只能使N0 x的脱除率少量提升。取决于NSR值的NH3排放量受到燃烧烟气温度的影响。当燃烧烟气温度相对来说比较低的时候，譬如说低于9800C，高NSR值立刻引发NH3排放量的提升。在烟气温度比较高的时候，譬如说高于10400C，多余的尿素被氧化成为N0 x，所以NSR值对NH3排放量的提升影响很小。在实施尿素喷氮脱硝的时候，能够通过调节NSR的值来控制喷入烟气的尿素量，提升NSR的值能够降低烟气中的N0 x；，不过可能提升氨逃逸；减小NSR的值能够降低烟气中的氨逃逸，不过会减少脱硝率。与此同时NSR值不可以超越一个上限值，不然就能够导致调节失灵。 3 氧量对尿素脱硝的影响 烟气里面的O2对于NH3/NO反应会形成一定程度的影响作用。在缺乏氧气的状况下，SNCR反应并没有发生。而氧浓度保持在0.5％至2.2％之间，最后的N0浓度改变也不是很显而易见。因为不一样燃烧装置排放烟气的氧量气氛条件多变，所以，SNCR反应在不一样氧量条件下的特性极为重要。不一样的研究人员均进行了这方面的探索研究。Kasuya等人在氧浓度从O％至50％之间作了详尽的实验探索，结果显示，必须在具有氧气的状况下，SNCR反应才能够实施，与此同时氧浓度的提升使反应的温度窗口朝着低温方向转移，同时降低最大的脱硝率。氧量从0.5％提升到50％，脱硝的最优异温度从1000℃左右下降至8000C左右，脱硝率从超过95％降至低于60％。与此同时N02的浓度伴随着氧浓度的增加而增加，N20的规律和NO2相类似。大部分学者均认为，在缺乏氧气的状态下，整个氨非催化还原N0的反应均不可以实施，不过他们的反应的最高温度均在l100℃以下，还不是十分全面，不可以说明更加高的温度状况下，氧气对于氨还原NO反应过程的作用。 4还原剂与烟气的混合程度 因为喷入的尿素应该和烟气里面的NO混合充分之后才可以发挥比较好的选择性还原N0的效果，但是假如混合时间太长，或者混合不够均匀，就能够减小反应的选择性。在工业应用过程中，因为锅炉的炉膛直径较大，尿素还原剂与烟气的混合程度，对于提升脱硝效率显得格外关键。提升雾化气体压力和提高雾化质量能够促进混合。一般比较高的雾化气体压力能够促进雾化，这加速了初期尿素的释放并与NO反应。不过在一项采用雾化器的探索过程中，提升雾化压力未能够引发可测量的雾化质量的改善，可是提升了试剂的喷入动量。这进而又增进了试剂混合以及渗透，因此而影响了SNCR的性能。SNCR技术通常采用液体雾滴喷射的形式，可以利用喷射溶液的浓度大小，调节液体雾滴的蒸发时间，与此同时对于穿透炉膛大有裨益。因为锅炉负荷与燃烧使用的燃煤种类的改变，所以，炉内温度场改变状况较大。所以，通常采用多层墙式喷嘴，或者多层喷枪的喷射形式，以适应不一样的炉内温度改变工况。而同一层里面的墙式喷嘴也应该采取多个喷嘴的组合方式，从而达到最好的喷雾和烟气的混合。喷枪则采用多孔形式，采取实验或者数值模拟来改善喷射参数，来确保实现优异的混合。 5 氨逃逸的影晌 在应用SNCR技术的时候，尿素溶液雾化颗粒进入到炉膛之后，绝大多数和烟气里面NO实施还原反应，也有一部分氧化形成NO，还有少部分的尿素分解变成NH3之后，不发生氧化反应或者还原反应逃逸出去。这部分不在恰当的反应温度区间的NH3，称之为氨逃逸。没有反应的氨进入到尾部烟道，可能会导致如下所示的几个问题释放到大气中的时候，假如环境里面的氨浓度超过5ppm以上具有恶臭的气味，超过50ppm对人身健康带来负面影响；1000C左右和HCl形成的氯化铵，形成烟囱可以看见的烟柱；2000C左右产生的硫酸氢氨以及3000C左右形成的硫酸氨使得下游装置空预器压损升高以及造成低温 腐蚀；氨大量聚集在飞灰里面，从而影响到了飞灰的品质。为降低氨逃逸，有下面所述的一部分基本的措施适当选取喷射点以及温度窗口，通过降低尿素溶液的使用剂量来降低逃逸的氨。与此同时采用构设优选尿素-SNCR体系的喷射策略，确保烟气和尿素溶液混合均匀反应，与此同时使得SNCR反应在恰当温度窗内停留充分长的一段时间，确保NH3的反应效率。也能够通过加入恰当的添加剂，加速烟气里面的N0 x同尿素的反应速度。不过对于运转中的危害弊端，实际运转中能够通过降低控制空预器压损扩大以及减小对空预器的沾染腐蚀，SNCR系统的优化运转，降低炉膛出口的地方的NH3逃逸，从源头上降低硫酸氢氨产生的浓度。 参考文献 [1]王智化，周俊虎，周吴，等．炉内高温喷射氨水脱除NOx机理及其影响因素的研究[J]．浙江大学学报工学版，2004，384495-500． [2]高亮，王智化，凌忠钱，等．炉内高温喷射尿素溶液脱硝机理及其影响因素[J]．锅炉技术，2005，3227275． [3]柏源.李忠华.薛建明.王小明 尿素为还原剂燃煤烟气脱硝技术的研究与应用[J]. 电力科技与环保20111，34-36.