[科普中国]-选择性非催化还原法

简介

SCR技术的催化剂费用通常占到SCR系统初始投资的40%左右，其运行成本很大程度上受催化剂寿命的影响，选择性非催化还原法脱硝技术应运而生。选择性非催化还原法技术是一种不用催化剂，在850℃～1100℃范围内还原NOx的方法，还原剂常用氨或尿素，最初由美国的Exxon公司发明并于1974在日本成功投入工业应用，后经美国Fuel Tech公司推广，目前美国是世界上应用实例最多的国家。

反应方程主要为：

4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O

4NH3+2NO+2O2→3N2+6H2O

8NH3+6NO2→7N2+12H2O

而采用尿素作为还原剂还原NOx的主要化学反应为：

(NH2)2CO→2NH2+CO

NH2+NO→N2+H2O

CO+NO→N2+CO2

SNCR还原NO的反应对于温度条件非常敏感，炉膛上喷入点的选择，也就是所谓的温度窗口的选择，是SNCR还原NO效率高低的关键。一般认为理想的温度范围为850℃～1100℃，并随反应器类型的变化而有所不同。当反应温度低于温度窗口时，由于停留时间的限制，往往使化学反应进行不够充分，从而造成NO的还原率较低，同时未参与反应的NH3增加也会造成氨气的逃逸，遇到SO2会产生NH4HSO4和（NH4）2SO4，易造成空气预热器堵塞，并有腐蚀的危险。而当反应温度高于温度窗口时，氨的分解会使NOx的还原率降低1，NH3的氧化反应开始起主导作用：

4NH3+5O2→4NO+6H2O

从而，NH3的作用成为氧化并生成NO，而不是还原NO为N2。如何选取合适的温度条件同时兼顾减少还原剂的泄漏成为SNCR技术成功应用的关键。

特点在脱硝效率要求不高的情况下使用，该方法的特点是如下。

（1）系统简单：不需要改变现有锅炉的设备设置，而只需在现有的燃煤锅炉的基础上增加氨或尿素储槽，氨或尿素喷射装置及其喷射口即可，系统结构比较简单；

（2）系统投资小：由于系统简单以及运行中不需要昂贵的催化剂，其投资费用比SCR法低。

（3）阻力小：对锅炉的正常运行影响较小；

（4）系统占地面积小：需要的较小的氨或尿素储槽，可放置于锅炉钢架之上而不需要额外的占地。

（5）脱硝效率比SCR法低40～50个百分点。

工艺流程SNCR工艺系统主要包括：（1）还原剂储存与制备系统：包括 必要的输送设备、罐类设备等；（2）稀释系统：包括稀释泵或风机等设备；（3）输送系统；（4）计量分配系统；（5）尿素溶液喷射系 统；（6）其他：SNCR脱硝的其他系统包括水、气、汽以及控制、消防等系统。

氨水溶液输送系统及脱盐水溶液输送系统

SNCR脱硝时，使用氨水输送泵将储罐中的氨水溶液抽出在静态混合器中和来自脱盐水罐的稀释水混合稀释后，再输送到炉前分配模块，进入喷枪，在压缩空气的作用下，雾化成液滴喷入炉内温度适合区域，与烟气进行混合，和其中的NOx发生氧化还原反应，生成氮气和水。氨水溶液输送泵和稀释水输送泵采用多级离心泵。

计量分配模块

计量分配装置包括：电动调节阀、电磁流量计、压力传感器、转子流量计、压力表、手动球阀及接线箱等。 计量分配装置用于控制每个锅炉喷射区的氨水溶液流量，调节喷射区的压缩空气的喷射压力，每个锅炉的计量分配装置采用分区独立控制，每个子系统能独立运行或关闭。 计量分配系统就近布置在喷射系统附近，每个锅炉采用独立的流量和压力控制系统，为复杂的应用情况提供所需的高水平的控制。通过对锅炉的实时工况（如烟气量、NOx及 O2浓度等）进行分析，调整喷枪氨水溶液的流量（调节水路电动调节阀的开度），或者调节压缩空气的压力，以此来控制喷射系统，使喷射系统能满足锅炉实时工况的要求，喷射氨水溶液。

炉前喷射系统

喷枪由喷嘴、喷枪杆、保护套管及连接件等部分组成。2

影响因素温度温度对SNCR的还原反应的影响最大。当温度高于1100℃时，NOx的脱除率由于氨气的热分解而降低；温度低于800℃以下时，NH3的反应速率下降，还原反应进行得不充分，NOx脱除率下降，同时氨气的逸出量可能也在增加。由于炉内的温度分布受到负荷、煤种等多种因素的影响，温度窗口随着锅炉负荷的变化而变动。根据锅炉特性和运行经验，最佳的温度窗口通常出现在折焰角附近的屏式过热、再热器处及水平烟道的末级过、再热器所在的区域。

还原剂还原剂在最佳温度停留时间

还原剂在最佳温度窗口的停留时间越长，则NOx的脱除效果越好。NH3的停留时间超过1s则可以出现最佳NOx脱除率。尿素和氨水需要0.3s～0.4s的停留时间以达到有效的NOx脱除效果。

还原剂类型

SNCR工艺所用的还原剂及制备方法与SCR工艺相同，主要是NH3和尿素。为了获得理想的NOx脱除效率，还原剂的用量（化学当量）比SCR工艺要大。大多数过量的还原剂分解为氮气和CO2，但是，也有微量的氨和CO会残留在尾气中，造成氨的泄漏问题。其中氨的泄漏量一般小于2.5×10，比较好的情况下可以小于1×10。在用尿素作还原剂的情况下，其N2O的生成几率要比用氨作还原剂大，这是因为尿素可分解为HNCO，而HNCO又可进一步分解生成为NCO，而NCO可与NO进行反应生成氧化二氮：

NCO+NO→N2O+CO

为了提高SNCR对NOx的还原效率，降低氨的泄漏量，必须在设计阶段重点考虑以下几个关键的工艺参数：燃料类型、锅炉负荷、炉膛结构、受热面布置、过量空气量、NO浓度、炉膛温度分布、炉膛气流分布以及CO浓度等。