影响选择性非催化还原脱硝效率的因素分析

2016-10-26史春花

山东工业技术 2016年20期

关键词：还原剂炉膛选择性

史春花

（江苏润环环境科技有限公司，南京 210000）

影响选择性非催化还原脱硝效率的因素分析

史春花

（江苏润环环境科技有限公司，南京 210000）

选择性非催化还原脱硝反应可以用于氮氧化物的脱硝，在大型电站锅炉等需要燃烧大量煤粉的工业中具有非常广泛的应用。本文简单介绍了选择性非催化还原脱硝法的原理，并分析了温度、还原剂类型、还原剂停留时间等主要因素对选择性非催化还原脱硝效率的影响。

选择性非催化还原脱硝法；化学原理；影响因素

在我国的电力工程中，仍然有大部分电力的生产依靠锅炉反应提供能量，煤炭的燃烧为电力等资源提供了转化的基础。但是在煤炭燃烧的过程中会产生许多CO、氮氧化物等有害气体，如果直接将这类气体排放到空气中，会严重影响空气质量，甚至危害周围动植物及居民的生命健康，因此在工业生产中，必须通过脱硝方法对氮氧化物进行处理，反应生成无毒的氮气和二氧化碳之后再进行排放。工业脱硝处理中，通常采用选择性催化还原脱硝（SCR）或者选择性非催化还原脱硝（SNCR）两种方式，其主要区别就在于还原反应中是否使用催化剂。SNCR反应中不需要架设催化剂床层，操作更简单，成本更低，但是由于反应中缺少催化剂，SNCR的脱硝效率一般比SCR低，SCR方法的脱硝效率一般在90%以上，而SNCR的脱硝效率一般为30% 至50%。因此，如果在应用过程中采用SNCR进行脱硝，必须考虑如何提高其脱硝效率，通过分析其脱硝效率的影响因素有助于在反应中更好地进行条件控制，以便提高反应的效率。

1 选择性非催化还原脱硝法的原理介绍

SNCR的化学反应原理与SCR类似，都是利用还原剂与氮氧化物发生反应进行脱硝。具体来说，SNCR是将把含有NHx基的还原剂喷入炉膛温度为850℃～1100℃的区域后，迅速热分解成NH3和其它副产物，随后NH3与烟气中的NOx进行SNCR反应而生成N2。根据使用的还原剂类型不同，具体的化学反应方程式也有一定差异。在工业上主要选择NH3和尿素作为还原剂，当使用NH3做还原剂时，主要的化学反应方程式有：

当使用尿素作为还原剂时，主要的化学反应则有：

从SNCR的反应原理分析，影响该反应的主要因素包括了温度、还原剂类型等，再实际的工业反应中，还与还原剂停留时间、烟气流速、流量等因素有关。只有控制好反应条件，才能够尽可能地提高该反应的脱硝效率。

2 影响选择性非催化还原脱硝效率的主要因素

2.1 反应温度

在SNCR脱硝反应中，由于不使用催化剂，反应的效率主要受到温度影响。温度条件既是反应成立的条件，同时也能够在很大程度上起到反应催化作用，对于整个反应的脱硝效率有最重要的影响。在SNCR的工业应用中，最佳炉膛温度为850℃至1100℃。当炉膛温度低于800℃时，氨的反应速度下降，还原不充分，并且有大量NH3可能会溢出，进一步降低还原的效率，对整个反应的脱硝效率影响非常大；而当温度超过1100℃时，NH3在这样的反应温度下会出现热分解现象，大量还原剂在参与反应之前分解，会减少还原剂的含量，进而影响整个SNCR反应的脱硝效率。因此在SNCR反应中，必须有效控制炉膛的反应温度，由于炉膛的温度受到负荷、煤种等其他因素影响，因此在炉内，温度分布不均匀，也就造成了不同的温度反应窗口，根据锅炉的特性和实践经验总结，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，在该区域范围内进行SNCR反应能够更好地保持温度条件，保证脱硝效率。

2.2 还原剂类型

从SNCR的反应原理中可以知道，在实际的应用中可以选择不同的还原剂，从化学原理来说，只要使用含有NHx基的还原剂都可以达到一定的脱硝效果，在工业中为了方便制备还原剂且考虑到成本问题，一般使用NH3和尿素两种较为常见的工业原料。但是在SNCR反应中，这两种还原剂对于反应的脱硝效率也有着不同的影响效果。在SNCR方法脱硝中，一般还原剂的使用量比SCR方法中更多，但是如果使用NH3作为还原剂，大量NH3在反应中可能会出现溢出情况，过量的NH3可能会自行分解生产氮气和二氧化碳，无法参与到反应中，在使用NH3作为还原剂时，其泄漏问题是影响脱硝效率的重要因素。如果使用尿素作为还原剂，虽然避免了还原气体泄漏的问题，但是该反应有更大的几率生产氧化二氮，这是脱硝不完全的一种现象，其原理主要是因为在使用尿素做还原剂时，尿素可分解为HNCO，而HNCO又可进一步分解生成为NCO，NCO则可以发生如下反应：