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摘要： SCNR脫硝功率的影響要素有:溫度、NH3/NOx混合度.分析了NH3/NOx混合度的影響要素.結(jié)合廢物燃燒爐SNCR脫硝工程的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù),研究了溫度對脫硝功率的影響,并提出相應(yīng)的對策.

引言

SNCR（Selective Non-Catalytic Reduction）脫硝技能于20世紀(jì)70年代起源于日本，80年代末在歐盟國家開始工業(yè)應(yīng)用，90年代初進(jìn)入美國。該技能由丹麥FLOW.VISION有限公司引入我國，隨后美國燃料科技、德國ERC等公司紛紛進(jìn)入中國推廣。SNCR脫硝技能具有改造工期短、改造難度小、出資少等優(yōu)點(diǎn)，是一種經(jīng)濟(jì)環(huán)保的脫硝技能，目前，已在我國工業(yè)經(jīng)濟(jì)中廣泛應(yīng)用及開展。

1 原理

SNCR脫硝技能是在必定的（一般是800°C～1000°C）煙氣條件下，向煙氣中噴入脫硝復(fù)原劑。在高溫條件下，復(fù)原劑迅速地分解成NH3，一起與煙氣中的NOx發(fā)生氧化復(fù)原反響，將NOx復(fù)原成N2與H2O蒸汽。該技能選用的脫硝復(fù)原劑一般為氨水和尿素2種。氨水作為復(fù)原劑時(shí)，噴發(fā)入高溫?zé)煔夂?，迅速氣化成NH3和H2O蒸汽。首要化學(xué)反響為：

4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O

4NH3+2NO2+O2→3N2+6H2O

選用尿素作為復(fù)原劑時(shí)，噴發(fā)入高溫?zé)煔夂?，先分解為NH3，一起與煙氣中的NO發(fā)生氧化復(fù)原反響。首要化學(xué)反響為：

2CO(NH2)2+4NO+O2→4N2+2CO2+4H2O

6CO(NH2)2+8NO2+O2→10N2+6CO2+12H2O

2 溫度的影響分析

以各行業(yè)SNCR脫硝工程實(shí)例為基礎(chǔ)，在NH3/NOx混合均勻程度完全相同的前提下，分析不同情況下的溫度對脫硝的影響。

2.1 不同復(fù)原劑的最佳反響溫度

不同復(fù)原劑需要的SNCR脫硝溫度不盡相同。以重慶市某600t/d廢物燃燒鍋爐和大連市某500t/d廢物燃燒鍋爐為例。其中，重慶項(xiàng)目復(fù)原劑為尿素，大連項(xiàng)目的復(fù)原劑為氨水。

重慶項(xiàng)目：在鍋爐負(fù)荷控制在80%，噴發(fā)入爐膛的尿素溶液（40%，w/w）控制在49.3kg/h，混合液總量控制在450kg/h時(shí)，每隔1min，記載一次SNCR脫硝體系的運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)（氨逃逸率均為0mg/Nm3）。

大連項(xiàng)目：在鍋爐負(fù)荷控制在65%～75%，噴發(fā)入爐膛的氨水（20%，w/w）控制在30kg/h，混合液總量控制在180kg/h時(shí)，每隔1min，記載一次SNCR脫硝體系的運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)（氨逃逸率均為5～6mg/Nm3）。

依據(jù)測算CEMS檢測點(diǎn)與噴槍的間隔，噴發(fā)點(diǎn)（脫硝反響點(diǎn)）至CEMS的時(shí)刻約3min，扣除時(shí)刻上的延遲后，測驗(yàn)成果如圖1。

圖1表明，在鍋爐負(fù)荷和復(fù)原劑噴入量均不變的情況下，氨水作為復(fù)原劑，NOx的排放量谷值所對應(yīng)的煙氣溫度約825°C；尿素作為復(fù)原劑時(shí)，NOx的排放量谷值所對應(yīng)的煙氣溫度約930°C。

SNCR脫硝體系比較適宜的反響溫度區(qū)域?yàn)?00°C～1000°C，即脫硝反響功率較高的溫度區(qū)間。其中，氨水利用率較高的溫度區(qū)間為800°C～870°C；尿素利用率較高的溫度區(qū)間為870°C～970°C。當(dāng)溫度低于該區(qū)間時(shí)，反響不徹底，即未參加反響的NH3添加，使得NH3逃逸率添加，會發(fā)生二次污染；當(dāng)反響溫度高于該區(qū)間時(shí)，NH3的氧化反響占主導(dǎo)，添加了復(fù)原劑的消耗量，即脫硝功率下降。

2.2 復(fù)原劑相同，不同溫度對脫硝功率的影響

以大連市某500t/d廢物燃燒鍋爐為例，在鍋爐負(fù)荷控制在65%～75%，噴發(fā)入爐膛的氨水（20%，w/w）控制在30kg/h，混合液總量控制在180kg/h時(shí)，每隔1min，記載一次SNCR脫硝體系的運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)。成果如圖2。

圖2表明，在鍋爐負(fù)荷不變，噴入鍋爐的氨水量和稀釋水量均不變的情況下，煙氣溫度在825°C時(shí)，NOx的排放濃度最低。煙氣溫度偏高或偏低，NOx的濃度均升高。NH3逃逸率值穩(wěn)定地控制在6mg/Nm3以下。

1）區(qū)間一：780°C～825°C內(nèi)，跟著溫度升高，NOx的濃度下降。首要是因?yàn)闇囟鹊纳撸撓醴错懠又?，越來越多的NH3與NOx發(fā)生反響，而下降NOx

的濃度。

（2）區(qū)間二：825°C～880°C內(nèi)，跟著溫度的升高，NOx的濃度升高。首要原因有：1）溫度升高，NH3與NOx的反響削弱，NOx的排放濃度升高；2）煙氣溫度的升高，局部會發(fā)生NOx，相同會添加NOx的濃度。

氨逃逸率穩(wěn)定地控制在6mg/Nm3，而噴氨量不變，闡明參加反響的NH3量基本不變，即NH3的利用率不變。

“區(qū)間一”的斜率的絕對值，比“區(qū)間二”的要低，闡明“區(qū)間二”內(nèi)所發(fā)生的NOx濃度高于區(qū)間一。即溫度越高，發(fā)生NOx的速度越快。

NH3逃逸率一向處于5～6mg/Nm3，闡明煙氣中有部分NH3未與NOx發(fā)生反響，而直接隨煙氣一起排入大氣。可能是由噴槍霧化的散布不均勻?qū)е隆?/span>

2.3 負(fù)荷不變，溫度升高對脫硝功率的影響

因?yàn)閺U物的熱值不同（特別是廢物燃燒爐），在廢物投料量不變的情況下，爐膛內(nèi)溫度會出現(xiàn)動(dòng)搖。以大連市某500t/d廢物燃燒鍋爐為例。該體系噴槍設(shè)置為前墻2支、側(cè)墻各2支，共6支。運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)全部啟用。

在鍋爐負(fù)荷80%不變，即廢物投料量堅(jiān)持不變的情況下，設(shè)定噴發(fā)入氨水耗量25kg/h不變，測驗(yàn)不同溫度條件下，經(jīng)過調(diào)理混合液總量，使NOx的排放值控制在200mg/Nm3以下。

圖3顯示了煙氣溫度與混合液總量的聯(lián)系。趨勢表明：在鍋爐負(fù)荷不變情況下，煙氣溫度升高時(shí)，添加混合液的總量，可使NOx排放值堅(jiān)持不變。

依據(jù)程序控制原理：混合液總量=噴氨量+稀釋水量。在噴氨量不變的情況下，混合總量添加，體現(xiàn)為稀釋水量的添加，噴發(fā)入爐膛內(nèi)的氨水濃度變低混合液總量的添加，闡明每支噴槍的流量添加。在噴槍的設(shè)計(jì)出力下，流量添加后，噴槍霧化的液滴粒徑會添加，液滴在高溫?zé)煔庵械臍饣瘯r(shí)刻添加。因而，液滴在氣化的過程中，隨煙氣向上活動(dòng)至溫度稍低的區(qū)域，氣化后的NH3與NOx在溫度稍低的區(qū)域，發(fā)生氧化復(fù)原反響。

3 NH3/NOx混合度

NH3與煙氣（NOx）的混合是經(jīng)過噴槍實(shí)現(xiàn)。NH3與煙氣（NOx）混合得越充分，發(fā)生氧化復(fù)原反響后，NH3的利用功率越高，脫硝功率也越高，反之越低。SNCR脫硝復(fù)原劑（氨水或尿素溶液），均是以液態(tài)方式噴發(fā)入煙氣中，經(jīng)過噴槍，將液體霧化成無數(shù)個(gè)小粒徑的液滴，均勻地散布在煙道截面上。其混合的均勻程度，與噴槍有很大聯(lián)系。因而，在SNCR脫硝體系中，噴槍是最為要害的一個(gè)設(shè)備。

3.1 噴槍安置

噴槍的安置，涵蓋兩方面：噴槍數(shù)量和噴槍的霧化方式。依據(jù)控制邏輯，正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，噴入鍋爐的混合液總量（Q）不變。在必定的煙氣截面積（S）上，安置必定數(shù)量（n）的噴槍，單支噴槍的流量為（）。因而，噴槍的數(shù)量決議了每支噴槍的流量。數(shù)量越多，單支噴槍流量越小，反之越大。

不考慮煙氣天然混合的要素，使復(fù)原劑掩蓋整個(gè)煙氣截面，則每支噴槍需要掩蓋的必定截面積（）。必定的噴槍流量（）下，噴槍的不同霧化方式，脫硝的功率也不完全一樣。江寶寶等對CFB鍋爐的研究表明，在相同噴槍數(shù)量下，扇形噴槍噴發(fā)速率比圓錐形噴槍大2.8m/s，霧化后粒徑比圓錐形噴槍小9～16μm，更有利于提高脫硝功率。

3.2 噴槍霧化粒徑

噴槍霧化液滴粒徑的巨細(xì)，決議了NH3與煙氣的接觸面巨細(xì)。理論上來說，噴槍霧化后的液滴粒徑越小，液滴與煙氣（NOx）的接觸面越大，NH3的利用率越高，

脫硝功率越高。然而，液滴越小，質(zhì)量就越小，單個(gè)液滴取得的動(dòng)量越小，其在煙氣中的阻力作用下，液滴的穿透力衰減極快，導(dǎo)致液滴在煙氣中的掩蓋面小。

因而，霧化后液滴的動(dòng)量（粒徑巨細(xì)和速率），直接影響到液滴對煙氣截面的掩蓋率。選擇適宜的噴槍參數(shù)，即適宜的霧化液滴的動(dòng)量，成為SNCR脫硝工程成敗的要害。

江寶寶等對不同負(fù)荷和不同的霧化方式下，SNCR脫硝的功率進(jìn)行研究，并研究了噴槍不同出力下的霧化特性。但未對霧化液滴的動(dòng)量（巨細(xì)、速率）與脫硝功率的聯(lián)系做研究。噴槍最佳的動(dòng)量（巨細(xì)、速率），將是SNCR脫硝功率提高的首要研究方向。對SNCR脫硝工程的設(shè)計(jì)和功率提高，將起到很明顯的指導(dǎo)作用。

4 結(jié)論及主張

（1）不同復(fù)原劑利用率的最佳溫度不同。氨水利用率最高時(shí)煙氣溫度約為825°C，較高的溫度區(qū)間800°C～870°C；尿素利用率最高時(shí)的煙氣溫度約為930°C，較高的溫度區(qū)間為870°C～970°C。

（2）同一復(fù)原劑在不同溫度下的利用率不一樣。在利用率最高所對應(yīng)的煙氣溫度兩側(cè)，離得越遠(yuǎn)，復(fù)原劑利用率越低。高溫區(qū)的利用率高于低溫區(qū)。

（3）當(dāng)噴槍處的溫度仍高于最佳反響溫度區(qū)間時(shí)，可經(jīng)過添加混合液（復(fù)原劑+稀釋水）的總量，到達(dá)較高的脫硝功率。在爐膛發(fā)生的初始NOx濃度不變的情況下，即復(fù)原劑的耗量不變，則只需經(jīng)過添加稀釋水的量即可。

SNCR脫硝體系設(shè)計(jì)時(shí)，主張?jiān)O(shè)置多層噴槍，以習(xí)慣爐膛負(fù)荷調(diào)整時(shí)引起的溫度改變。因?yàn)闋t膛內(nèi)溫度呈現(xiàn)上低下高的散布，當(dāng)高負(fù)荷時(shí)，上層噴槍處溫度合適，噴槍主動(dòng)切換至上層；當(dāng)?shù)拓?fù)荷時(shí)，基層噴槍處溫度合適，噴槍主動(dòng)切換至基層。這樣，不論爐膛的負(fù)荷如何改變，SNCR脫硝反響點(diǎn)，始終處于最佳溫度區(qū)間內(nèi)。