SNCR技術(shù)簡(jiǎn)介

1、Page of9SNCR-用于垃圾焚燒廠的最佳脫硝技術(shù)簡(jiǎn)介近20年來(lái)，SNCR系統(tǒng)被廣泛的應(yīng)用于垃圾焚燒廠的煙氣脫銷處理。自2000年以來(lái)，多數(shù)垃圾焚燒廠選擇了應(yīng)用SNCR系統(tǒng)。目前，在討論如何進(jìn)一步降低垃圾焚燒發(fā)電廠的污染排放的同時(shí)，也提出了更具挑戰(zhàn)性的更低的NOx排放限值。工藝過(guò)程的技術(shù)原理在選擇性非催化還原（SNCR）的氮氧化物去除的過(guò)程中，還原劑是以水溶液狀態(tài)（氨水，尿素）或氣態(tài)的形式（氨氣）噴射到熱的煙氣中。以下為化學(xué)反應(yīng)式：尿素NH2CONH2+2NO+1/2O2=2N2+CO2+2H2O或氨水4NH3+4NO+O2=4N2+6H2O通過(guò)上述反應(yīng)，最終形成氮?dú)?，水和二氧化碳。依?jù)煙

2、氣組分不同，可以有效的進(jìn)行脫硝反應(yīng)的溫度區(qū)間為900-1100C。超過(guò)這個(gè)溫度，氨氣會(huì)被氧化成氮氧化物（圖1）。當(dāng)溫度降低時(shí)，反應(yīng)速度減慢，會(huì)導(dǎo)致逃逸的氨氣在煙道內(nèi)形成氨鹽，從而導(dǎo)致其它的問(wèn)題。因此，需要將氨的逃逸量控制在最低。在使用催化劑的脫硝過(guò)程中，化學(xué)反應(yīng)是相似的，而且也是具有有限的反應(yīng)溫度窗口，只是化學(xué)反應(yīng)是發(fā)生在爐膛外部。應(yīng)用脫硝過(guò)程的目標(biāo)是最大程度的降低NOx的濃度，同時(shí)實(shí)現(xiàn)最小的NH3逃逸。基本上，尿素和氨水都可以用于垃圾焚燒廠的脫硝過(guò)程。為了實(shí)現(xiàn)最佳的脫硝效率和最小的NH3逃逸，還原劑需要與煙氣充分的混合。除了需要實(shí)現(xiàn)還原劑與煙氣的充分混合外，需要使還原劑在最佳的溫度區(qū)間內(nèi)在煙

3、氣中均勻分布。使用尿素的SNCR脫硝過(guò)程包扌舌下面四個(gè)工藝步驟：將含有尿素的液滴分布在煙氣含有溶解的尿素的水滴蒸發(fā)尿素分解為自由基參與脫硝過(guò)程的化學(xué)反應(yīng)NH2和NOx之間的氣相反應(yīng)Page of9In10080604020NH3V圖i.與溫度相關(guān)的脫硝效率由于氨在無(wú)需預(yù)先分解的情況下即可參與反應(yīng)，因此當(dāng)氨水噴射到煙氣中后，會(huì)立即與氮氧化氣中的分布以及其與煙氣的此可能會(huì)使反應(yīng)在過(guò)高的溫，1物發(fā)生反應(yīng)。除了氨水混合狀況外，氨水的液滴大小也對(duì)脫硝效率有著重要的影響。如果液滴過(guò)小，會(huì)迅速蒸發(fā)，Jt區(qū)間內(nèi)形成，或反應(yīng)會(huì)在溫度較低的爐膛壁附近區(qū)域內(nèi)發(fā)生。這兩種情況都會(huì)造成對(duì)脫硝過(guò)程的不良影響，以及導(dǎo)致過(guò)高

4、的氨逃逸率。04如果液滴過(guò)大，蒸發(fā)速度太F加氨逃逸率，降低脫硝效率F慢，會(huì)導(dǎo)致在較低的溫度區(qū)間內(nèi)或，甚至在反應(yīng)所需的溫度窗口外的低溫條件下反應(yīng)，從而增使用氨水和尿素這兩種還原劑的脫硝過(guò)程的主要區(qū)別如圖2所示。Temperature(C)RangeforNOx/NH3-optimisedoperationA-OptimaltemperatureforSNCRalone(lowamHBn-OptimaltemperatureforSNCR+SCR(highaPage of9InjectionofureasolutionNH2CONH2)DistancefromInjectionofammoniaw

5、ater(NH4OH)圖2.尿素和氨水在脫硝應(yīng)用過(guò)程中的比較0在使用尿素溶液時(shí)，只有水份被及噴射的范圍和距離，可以設(shè)定在煙道中長(zhǎng)，作為也可以在必要的時(shí)候就可以控制尿素避免在高溫尿素溶液噴射的驅(qū)動(dòng)載體，相反的，在使用氨水的廠子，當(dāng)氨此為射氨水的空氣的流量。即使這樣可以爐膛后，氨氣了達(dá)到足夠的噴射距離，就采用水作為氨水噴射的驅(qū)動(dòng)后，其中的尿素才尿素與煙氣反應(yīng)的空間中的氮氧化物反應(yīng)，而適當(dāng)?shù)臏赝ㄟ^(guò)預(yù)先設(shè)定液滴的大小以為可以參與反應(yīng)的自由基。如果尿素溶液液滴足夠大，溶液的噴射距離足夠間與煙氣中的氮氧化物反應(yīng)。通常用水噴射距離，同時(shí)3，有效I反應(yīng)。氣當(dāng)中。由于氨水液滴的重量較尿素液滴小，因_為氨水噴射的

6、驅(qū)動(dòng)載體。這樣就需要增加用于噴保證氨水與煙氣的均勻混合。這樣會(huì)導(dǎo)致高的氨逃逸率。為了彌補(bǔ)這個(gè)缺點(diǎn)，也由于水的質(zhì)量更大，相對(duì)于僅用氣體噴射，用水噴射時(shí)在噴嘴附近的噴射區(qū)域中會(huì)產(chǎn)生更大的負(fù)壓。由于這個(gè)負(fù)壓的存在，而應(yīng)用尿素的脫硝過(guò)程，在九十年代就已經(jīng)達(dá)到了這種效果。煙氣會(huì)被吸入噴射區(qū)域中，與氨氣混合。通過(guò)這種方法，目前也實(shí)現(xiàn)了相對(duì)較好的脫硝效果和相對(duì)較低的氨逃逸量。Page of9燃?xì)怏w，在環(huán)境溫度下:氨氣是有毒和措施。這些安全措施包括，氨氣傳感器眼睛清洗裝置。v0=const自由噴射狀態(tài)下的煙氣混合易溶于水。運(yùn)行人員出于安全考慮，會(huì)采用濃度低于25%的氨水。然而，如果溫度升高，氨氣會(huì)迅速的從水中

7、蒸發(fā)出來(lái)。在38C時(shí)/氨氣的偏壓達(dá)到約Ibar,這是對(duì)于氨水的存儲(chǔ)，就需要采取特殊的安，帶照明指示的風(fēng)向標(biāo)，帶卸壓和真空閥的滅火器，壓力補(bǔ)償管線，緊急噴淋裝置和由于尿素中的氨分子的化學(xué)鍵，即使尿素溶液被加熱到106C也不會(huì)有氨氣蒸發(fā)出來(lái)。與此相反碳的過(guò)程必須在溫度高于130C才開始，分解效率的峰值溫度為380C。在尿素溶液存儲(chǔ)時(shí)是不會(huì)達(dá)到如此高的溫度的。因此，無(wú)需采用存儲(chǔ)氨水時(shí)所必須的復(fù)雜的安全保護(hù)和處理措施（氨水在從裝運(yùn)車輛卸載到存儲(chǔ)罐的過(guò)程中，需采用帶有壓力補(bǔ)償?shù)墓芫€，而且需要采用帶防爆等級(jí)的輸送泵）。Corestreamcoreconst.JetdistribFreejetvvQJetd

8、istribPage of9CompressedairWaterLoadsignal亠N0 x-measurementvalueNOx-setvalue-符合17thBimSchV的J工程實(shí)施圖4.給出了符合17th時(shí)的基本功能和設(shè)備。同的鍋爐負(fù)荷或煙氣溫產(chǎn)XBlmSch經(jīng)過(guò)調(diào)孝度，在兩使用上述方法時(shí)，如至150mg/Nm3。較高，這樣即可以實(shí)現(xiàn)用兩層噴嘴，這種方行工況下，即垃圾熱小的NH3逃逸。120NOxcontrolInjectionalevelIV要求的工藝流程簡(jiǎn)圖，以及使用尿素作為還原劑的典型的SNCR系統(tǒng)在垃圾焚燒廠應(yīng)用E，NOx|的去除水平可以高達(dá)60%。依據(jù)技術(shù)要求，焚燒廠可以

9、配備兩層噴嘴，可根據(jù)不層噴嘴之間進(jìn)行切換，從不同的位置噴射尿素。果在一個(gè)相對(duì)較寬的溫度窗口范圍33。由于溫度的變化和溫度場(chǎng)的不均滿足整體的脫硝效率。為了避免法經(jīng)實(shí)踐證明是非常，鍋爐負(fù)荷穩(wěn)一個(gè)相對(duì)有效的。通過(guò)定時(shí)，經(jīng)過(guò)處，可以確保NOx的排放值穩(wěn)定的i內(nèi)有效的布置尿素噴射范圍一勻分布，在某個(gè)區(qū)域的脫硝效率可能較低,而另一個(gè)區(qū)域脫不黑由于運(yùn)行過(guò)測(cè)量爐膛后端的溫度（的NOx的排放值甚至可以達(dá)到100mg/Nm3下，同時(shí)保證很變化和不均勻性所造成的不良影響，可以，可以控制兩層噴嘴的相互切換。在極佳的運(yùn)Reductantstore可以滿足未來(lái)更低排放法規(guī)要求的先進(jìn)技術(shù)對(duì)于垃圾焚燒發(fā)電，替代燃料發(fā)電，水泥

10、廠和電廠等，目前正在討論進(jìn)一步采用越來(lái)越嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)。為了達(dá)到嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，就必須保證在不同的工況條件下，噴射的還原劑液體能夠全面的覆蓋最佳的脫硝溫度窗口（如圖1所示）。這個(gè)溫度窗口范圍大約只有50K。對(duì)于垃圾焚燒廠，在通常的工況條件下，采用采用更為精確和快速的方法測(cè)量爐膛內(nèi)的溫度場(chǎng)分布，從而才能穩(wěn)定的保證脫硝效率。擾，4Poirii-r1056根據(jù)不同的燃1。如圖類型，1001圖5.通過(guò)聲學(xué)方法在垃圾焚燒爐運(yùn)行的一小時(shí)內(nèi)所測(cè)量得到的爐膛斷面上的溫度分布此外，由于垃1:燃燒室內(nèi)部行進(jìn)過(guò)程中燃料分布和送風(fēng)情況，溫度不平衡可高達(dá)150C，PdrtoTwgi103#zgHid-jrt的焚燒爐，通

11、常采用度場(chǎng)的實(shí)際分布情況由此也會(huì)造成測(cè)量的溫度隔熱效應(yīng)，造成控制系統(tǒng)的溫度信其熱值和燃燒特性也會(huì)迅速變化，這樣就會(huì)造成焚燒爐的溫度和釋放，隨著表面熱量的不斷累積有時(shí)甚至更高。號(hào)被用的溫度變化溫度窗口會(huì)但是這并不能用于描3會(huì)對(duì)溫度測(cè)量形成干W偶表面的沉積物也會(huì)延遲時(shí)間會(huì)更長(zhǎng)。.，溫度的平均值喑于描述尿素噴入月實(shí)際溫度存在60-100K的差別與實(shí)際狀況有10分鐘左右的延遲:表示尿素噴嘴附近區(qū)域的參考溫度此夕卜，焚燒爐爐壁的輻射熱量0。同時(shí)，在焚燒爐運(yùn)行過(guò)程中在熱如果沉積物厚度增加熱電偶測(cè)溫,，也不能用，Page of9通過(guò)聲學(xué)測(cè)溫優(yōu)化SNCR系統(tǒng)運(yùn)行在脫硝的溫度窗口的高溫區(qū)域，脫硝的效率最高，氨逃

12、逸率最低，對(duì)于環(huán)保指標(biāo)要求最高的焚燒廠，為了保證在各種不同的工況條件下，都能使尿素噴射到溫度窗口的高溫區(qū)，這時(shí)就需要使用聲學(xué)氣體溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)來(lái)確定溫度場(chǎng)的分布和高溫區(qū)的位置。聲學(xué)氣體溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以測(cè)量焚燒爐爐膛斷面上在噴射口附近區(qū)域的實(shí)際氣體溫度，并確定溫度場(chǎng)的分布。Page #of9Page #of9230V/50HzControlunitAnalogueEvasignalswitf4-20mAproPage #of9RS422T=1058CSignal/switch-boardcablePage #of9Page of9Piezomicrophone圖6.聲學(xué)測(cè)溫系統(tǒng)的基本布局百電子結(jié)構(gòu)

13、設(shè)計(jì)相同的發(fā)射器單元和6量過(guò)程中，在發(fā)射器單元聲學(xué)氣體溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中包；括-個(gè)單獨(dú)的控制單元（圖射器和接收器同時(shí)接收這個(gè)聲學(xué)信號(hào)。通過(guò)這個(gè)信號(hào)可以確定聲此可以將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成一個(gè)溫度信號(hào)，即聲音傳播路徑上的溫爐膛的斷面內(nèi)，并將他們的測(cè)量路徑較差成網(wǎng)絡(luò)，就可號(hào)。匡遲的情Solenoidvalve固定在焚燒爐的爐壁上，還包的電磁閥打開，產(chǎn)生聲學(xué)信號(hào)XBombus離是已知的，聲速也可以確定amhe樣（的發(fā)射器和接收器安裝在同一個(gè)立即測(cè)得爐膛斷面內(nèi)二維分布的溫度場(chǎng)。PlantairPage of9agam圖7.用于焚燒爐SNCR系統(tǒng)控制的爐膛溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將溫度場(chǎng)分布劃分為幾個(gè)區(qū)域，之后安裝與每個(gè)區(qū)域?qū)?yīng)的一個(gè)或一組尿素噴嘴，通過(guò)所測(cè)量得到的溫度分布，在各尿素噴嘴間進(jìn)行切換。通過(guò)這個(gè)方法可以保證即使在煙氣溫度變化很快的情況下，也可以控制將尿素噴射到特定的區(qū)域。通過(guò)這種方法，焚燒廠的SNCR系統(tǒng)可以始終在最佳的溫度窗口范圍內(nèi)工作，實(shí)現(xiàn)最佳的脫硝效率，最小的氨逃逸率，和最少的尿素消耗。如圖7所示。Page of9圖8.依據(jù)不同的溫度分布狀況調(diào)整每個(gè)尿素噴嘴的切換可以僅與焚燒爐在不同運(yùn)行狀況下的溫度變化相素噴射進(jìn)行綜合控制，將會(huì)達(dá)到更好的凈化效果。這樣會(huì)減少更為穩(wěn)定。對(duì)于垃圾焚燒廠，不僅可以用聲學(xué)系統(tǒng)測(cè)得的溫度場(chǎng)分爐排進(jìn)料速度等控制