SNCR脫硝技術(shù)在中小型燃煤鍋爐上的應(yīng)用

1、 SNCR 脫硝技術(shù)在中小型燃煤鍋爐上的應(yīng)用研究 摘要:中小型燃煤鍋爐等固定源裝備燃燒化石燃料過程中釋放的 氮氧化物對環(huán)境造成的污染早就已經(jīng)變成萬眾矚目的焦點話題。為 了切合日益嚴厲的排放標準,如今對于 nox 的治理關(guān)鍵通過燃燒后 煙氣脫硝這一項技術(shù),而其中選擇性催化還原 scr 脫硝技術(shù)的應(yīng)用 最為廣泛,這關(guān)鍵由于它的高選擇性以及高效率。全世界對于 scr 脫硝的催化劑性能優(yōu)化、催化反應(yīng)機理、反應(yīng)動力學等展開了十分 廣泛的研究,不過我國在這方面的探索還依然處在初始階段。本文 就是在此背景下綜述了關(guān)于尿素 -sncr 脫硝反應(yīng)的基礎(chǔ)研究。 關(guān)鍵詞:脫硝技術(shù),燃煤鍋爐,氮氧化物abstract

2、: small and medium-sized coal boiler fixed source equipment such as the burning of fossil fuels in the process of release nitrogen oxide pollution of the environment by would have become a topic of peoples attention. in order to suit increasingly severe emissions standards, now for the management of

3、 nox by burning gas key after this a denitration technology, of which selective catalytic reduction (scr denitration technology application of the most extensive, the key because of its high selectivity and high efficiency. the world of the catalyst for scr denitration performance optimization, cata

4、lytic reaction mechanism, reaction kinetics launched a wide range of research, but our country in this exploration also are still in the initial stage. this article is in the context of the recent advances on the urea-sncr denitration reaction of basic research. keywords: denitration technology, coa

5、l boiler and nitrogen oxides中圖分類號:tk223文獻標識碼:a 文章編號:以煤作為主體的國家能源結(jié)構(gòu)引發(fā)大氣污染物排放總量一直都處 于較高水平,區(qū)域性的大氣污染問題已經(jīng)顯而易見,很多城市群空 氣污染表現(xiàn)出顯而易見的區(qū)域性特征, nox 的污染問題還沒有獲得 行之有效的控制,酸雨的類型早就已經(jīng)從硫酸型轉(zhuǎn)化為硝酸以及硫 酸復合型。中小型燃煤鍋爐作為關(guān)鍵的 nox 的排放源之一,對其實 施減排是必須的,也是相當緊迫的。伴隨著我國對 nox 的排放管控 日益嚴厲,中小型燃煤鍋爐脫硝的工程應(yīng)用技術(shù)持續(xù)發(fā)展。如今對 于現(xiàn)役的中小型燃煤鍋爐,通過高效低氮燃燒 sncr 技術(shù)進行

6、脫硝 早就已經(jīng)成為主流。影響 sncr 運轉(zhuǎn)過程的主要因素包括:nsr 值、尿素噴入的溫度窗 口、初始 n0濃度、煙氣以及反應(yīng)劑的混合和氧量等因素。和尿素 噴射系統(tǒng)息息相關(guān)的因素包含有煙氣氧量、 nsr 值、溫度窗口、煙 氣和還原劑的混合程度等。 1 尿素除去 nox 的溫度窗口sncr 技術(shù)對于溫度條件極其敏感,在爐膛上選去恰當?shù)膰娙朦c, 決定了 sncr還原 n0效率的好壞。使用尿素溶液還原 n0的最優(yōu)異的溫度區(qū)間 和確切的脫硝環(huán)境密切相關(guān),從通常的實驗以及工程運轉(zhuǎn)狀況來 看,溫度窗口往往在 850-l1000c 之間。 sncr 的溫度窗口是一個及 其狹窄的范圍,通常低于 800的時候,

7、還原反應(yīng)的速度比較緩慢 以至于還原失去效果,絕大多數(shù) nh3沒有發(fā)生反應(yīng),由此而形成氨 逃逸。當溫度過于高的時候 (譬如說高于 1200 , nh3更加易于被 氧化成為 no 。 實測數(shù)據(jù)顯示 nh3的排放遭受燃燒煙氣溫度的深層次 影響,在 1040或者更加高的溫度下噴射尿素可顯而易見降低 nh3的排放,這表示尿素噴入理應(yīng)在最優(yōu)異的溫度區(qū)域的上限,與此同 時降低 n20排放的概率。2 氨氮比 nsr氨氮比 nsr 是指反應(yīng)體系中氨和 no 的摩爾比與理論上的氨還原 no 反應(yīng)的當量摩爾比之間的比值。 nsr 提供一個描述還原劑相對噴射 量的參數(shù)。 當 nsr 的值超過 l 時顯示噴射的尿素多于

8、燃燒煙氣中 no 的含量。 nylander 等人的脫硝實驗顯示,隨著 nsr 值的逐漸提升, 在 nsr=2.0時脫除率達到 40%。 然后達到一點后開始逐漸降低, 進 一步提升 nsr 的值只能使 n0x 的脫除率少量提升。取決于 nsr 值的 nh3排放量受到燃燒煙氣溫度的影響。當燃燒煙氣溫度相對來說比 較低的時候,譬如說低于 9800c ,高 nsr 值立刻引發(fā) nh3排放量的 提升。在煙氣溫度比較高的時候,譬如說高于 10400c ,多余的尿素 被氧化成為 n0x ,所以 nsr 值對 nh3排放量的提升影響很小。在實 施尿素噴氮脫硝的時候,能夠通過調(diào)節(jié) nsr 的值來控制噴入煙氣的

9、 尿素量, 提升 nsr 的值能夠降低煙氣中的 n0x ; , 不過可能提升氨逃 逸;減小 nsr 的值能夠降低煙氣中的氨逃逸,不過會減少脫硝率。 與此同時 nsr 值不可以超越一個上限值, 不然就能夠?qū)е抡{(diào)節(jié)失靈。 3 氧量對尿素脫硝的影響煙氣里面的 o2對于 nh3/no反應(yīng)會形成一定程度的影響作用。在 缺乏氧氣的狀況下, sncr 反應(yīng)并沒有發(fā)生。而氧濃度保持在 0.5%至 2.2%之間, 最后的 n0濃度改變也不是很顯而易見。 因為不一樣 燃燒裝置排放煙氣的氧量氣氛條件多變, 所以, sncr 反應(yīng)在不一樣 氧量條件下的特性極為重要。不一樣的研究人員均進行了這方面的 探索研究。 kas

10、uya 等人在氧濃度從 o %至 50%之間作了詳盡的實驗 探索, 結(jié)果顯示, 必須在具有氧氣的狀況下, sncr 反應(yīng)才能夠?qū)嵤? 與此同時氧濃度的提升使反應(yīng)的溫度窗口朝著低溫方向轉(zhuǎn)移,同時 降低最大的脫硝率。氧量從 0.5%提升到 50%,脫硝的最優(yōu)異溫度 從 1000左右下降至 8000c 左右,脫硝率從超過 95%降至低于 60%。與此同時 n02的濃度伴隨著氧濃度的增加而增加, n20的規(guī) 律和 no2相類似。大部分學者均認為,在缺乏氧氣的狀態(tài)下,整個 氨非催化還原 n0的反應(yīng)均不可以實施,不過他們的反應(yīng)的最高溫 度均在 l100以下, 還不是十分全面, 不可以說明更加高的溫度狀 況

11、下,氧氣對于氨還原 no 反應(yīng)過程的作用。4還原劑與煙氣的混合程度因為噴入的尿素應(yīng)該和煙氣里面的 no 混合充分之后才可以發(fā)揮比 較好的選擇性還原 n0的效果,但是假如混合時間太長,或者混合 不夠均勻,就能夠減小反應(yīng)的選擇性。在工業(yè)應(yīng)用過程中,因為鍋 爐的爐膛直徑較大,尿素還原劑與煙氣的混合程度,對于提升脫硝 效率顯得格外關(guān)鍵。提升霧化氣體壓力和提高霧化質(zhì)量能夠促進混 合。一般比較高的霧化氣體壓力能夠促進霧化,這加速了初期尿素 的釋放并與 no 反應(yīng)。不過在一項采用霧化器的探索過程中,提升 霧化壓力未能夠引發(fā)可測量的霧化質(zhì)量的改善,可是提升了試劑的 噴入動量。 這進而又增進了試劑混合以及滲透,

12、 因此而影響了 sncr 的性能。 sncr 技術(shù)通常采用液體霧滴噴射的形式, 可以利用噴射溶 液的濃度大小,調(diào)節(jié)液體霧滴的蒸發(fā)時間,與此同時對于穿透爐膛 大有裨益。因為鍋爐負荷與燃燒使用的燃煤種類的改變,所以,爐 內(nèi)溫度場改變狀況較大。所以,通常采用多層墻式噴嘴,或者多層 噴槍的噴射形式,以適應(yīng)不一樣的爐內(nèi)溫度改變工況。而同一層里 面的墻式噴嘴也應(yīng)該采取多個噴嘴的組合方式,從而達到最好的噴 霧和煙氣的混合。噴槍則采用多孔形式,采取實驗或者數(shù)值模擬來 改善噴射參數(shù),來確保實現(xiàn)優(yōu)異的混合。5 氨逃逸的影晌在應(yīng)用 sncr 技術(shù)的時候，尿素溶液霧化顆粒進入到爐膛之后，絕 大多數(shù)和煙氣里面 no 實

13、施還原反應(yīng)，也有一部分氧化形成 no，還 有少部分的尿素分解變成 nh3 之后，不發(fā)生氧化反應(yīng)或者還原反應(yīng) 逃逸出去。這部分不在恰當?shù)姆磻?yīng)溫度區(qū)間的 nh3，稱之為氨逃逸。 沒有反應(yīng)的氨進入到尾部煙道，可能會導致如下所示的幾個問題： 釋放到大氣中的時候，假如環(huán)境里面的氨濃度超過 5ppm 以上具有 惡臭的氣味，超過 50ppm 對人身健康帶來負面影響；1000c 左右和 hcl 形成的氯化銨，形成煙囪可以看見的煙柱；2000c 左右產(chǎn)生的 硫酸氫氨以及 3000c 左右形成的硫酸氨使得下游裝置空預器壓損升 高以及造成低溫腐蝕；氨大量聚集在飛灰里面，從而影響到了飛灰 的品質(zhì)。為降低氨逃逸，有下面所述的一部分基本的措施：適當選 取噴射點以及溫度窗口，通過降低尿素溶液的使用劑量來降低逃逸 的氨。與此同時采用構(gòu)設(shè)優(yōu)選尿素-sncr 體系的噴射策略，確保煙 氣和尿素溶液混合均勻反應(yīng)，與此同時使得 sncr 反應(yīng)在恰當溫度 窗內(nèi)停留充分長的一段時間，確保 nh3 的反應(yīng)效率。也能夠通過加 入恰當?shù)奶砑觿?，加速煙氣里面?n0x 同尿素的反應(yīng)速度。不過對 于運轉(zhuǎn)中的危害弊端，實際運轉(zhuǎn)中能夠通過降低控制空預器壓損擴 大以及減小對空預器的沾染腐蝕，sncr 系統(tǒng)的優(yōu)化運轉(zhuǎn)，降低爐膛 出口的地方