NOx 是一(yi)種(zhong)主要(yao)(yao)的(de)(de)(de)(de)(de)大(da)(da)氣(qi)污(wu)染物質，NOx 與碳氫化(hua)合物可以在強光作用下造成(cheng)(cheng)(cheng)光化(hua)學污(wu)染，排放(fang)(fang)到(dao)(dao)大(da)(da)氣(qi)中的(de)(de)(de)(de)(de)NOx是形成(cheng)(cheng)(cheng)酸雨的(de)(de)(de)(de)(de)主要(yao)(yao)原因，嚴(yan)重危害生(sheng)態(tai)環(huan)境。目(mu)前(qian)國(guo)(guo)內65%左右的(de)(de)(de)(de)(de)NOx是由(you)煤燃燒所產生(sheng)的(de)(de)(de)(de)(de)，因此作為(wei)(wei)主要(yao)(yao)燃煤設備的(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)站鍋爐和工業鍋爐成(cheng)(cheng)(cheng)為(wei)(wei)今后控(kong)制 NOx排放(fang)(fang)所必須關注的(de)(de)(de)(de)(de)焦點。目(mu)前(qian)我們已經(jing)采取(qu)諸如低NOx燃燒器、分級配風、OFA(Over Fire Air)、再燃等技術(shu)措施來降低 NOx的(de)(de)(de)(de)(de)排放(fang)(fang)，并取(qu)得(de)了(le)一(yi)定的(de)(de)(de)(de)(de)效(xiao)果。但隨著(zhu)人們對環(huan)保(bao)要(yao)(yao)求的(de)(de)(de)(de)(de)不斷提高(gao)，今后的(de)(de)(de)(de)(de)NOx排放(fang)(fang)標準勢必也(ye)越來越嚴(yan)格(ge)。 北京市要(yao)(yao)求燃煤電(dian)站鍋爐NOx的(de)(de)(de)(de)(de)排放(fang)(fang)必須低于(yu)250 mg⋅Nm-3 的(de)(de)(de)(de)(de)要(yao)(yao)求，相對于(yu)目(mu)前(qian)650 mg⋅Nm-3 的(de)(de)(de)(de)(de)國(guo)(guo)標要(yao)(yao)求要(yao)(yao)嚴(yan)格(ge)得(de)多，采用上(shang)述幾(ji)種(zhong)技術(shu)措施往往很難達(da)(da)到(dao)(dao)250 mg.Nm-3 的(de)(de)(de)(de)(de)排放(fang)(fang)指標。作為(wei)(wei)煙氣(qi)凈化(hua)方式(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)選擇性催化(hua)還原(SCR)雖(sui)然可以取(qu)得(de)高(gao)達(da)(da)90%的(de)(de)(de)(de)(de) NOx脫(tuo)(tuo)除率，但 SCR 技術(shu)由(you)于(yu)其(qi)昂貴的(de)(de)(de)(de)(de)催化(hua)劑及壽命(ming)問題造成(cheng)(cheng)(cheng)了(le)投資過大(da)(da)(大(da)(da)約 40 美元⋅kW-1 ~ 60 美元⋅kW-1 )，限制了(le)其(qi)廣泛(fan)應用。而相對較(jiao)廉(lian)價的(de)(de)(de)(de)(de)選擇性非催化(hua)還原(SNCR)技術(shu)(大(da)(da)約 5 美元⋅kW-1 ~10美元⋅kW-1 )，其(qi)最大(da)(da) NOx 脫(tuo)(tuo)除率可達(da)(da)70 %~80 %。作為(wei)(wei)一(yi)種(zhong)經(jing)濟(ji)實用的(de)(de)(de)(de)(de) NOx 脫(tuo)(tuo)除技術(shu)，SNCR 于(yu) 20 世(shi)紀(ji)70 年代中期(qi)首(shou)先在日本的(de)(de)(de)(de)(de)燃氣(qi)、燃油電(dian)廠中得(de)到(dao)(dao)應用，并逐步推廣到(dao)(dao)歐盟(meng)和美國(guo)(guo)。到(dao)(dao)目(mu)前(qian)為(wei)(wei)止世(shi)界上(shang)燃煤電(dian)廠 SNCR 工藝的(de)(de)(de)(de)(de)總裝機容(rong)量(liang)大(da)(da)約在 2 GW 以上(shang)。

1  SNCR脫硝原理

選(xuan)擇(ze)性非(fei)催化(hua)還原(SNCR)脫除(chu) NOx技術是(shi)把(ba)含有 NHx 基的(de)還原劑(ji)(如(ru)氨(an)氣、 氨(an)水或(huo)者尿(niao)素等)噴入爐膛溫(wen)度為(wei) 800℃~1 100℃的(de)區域，該還原劑(ji)迅速熱分解成 NH3 和其它副產物，隨后(hou) NH3 與煙(yan)氣中的(de) NOx 進行 SNCR 反應(ying)而生(sheng)成 N2。

采用 NH3 作為(wei)(wei)(wei)還(huan)原劑，在(zai)溫度(du)為(wei)(wei)(wei) 900℃~1 100℃的范圍(wei)內，還(huan)原 NOx 的化學反應方程式主要為(wei)(wei)(wei)：

而(er)采(cai)用尿素作為還(huan)原(yuan)劑還(huan)原(yuan) NOx 的主要化學反應(ying)為：

SNCR 還原 NO的(de)反(fan)(fan)應(ying)(ying)對于溫度(du)(du)(du)條(tiao)件非常敏感，爐膛上噴(pen)入點的(de)選擇，也就是(shi)所(suo)謂的(de)溫度(du)(du)(du)窗口的(de)選擇，是(shi) SNCR還原 NO效率(lv)高低(di)的(de)關鍵。一般認(ren)為(wei)理想的(de)溫度(du)(du)(du)范圍為(wei) 700℃~1 100℃, 并隨反(fan)(fan)應(ying)(ying)器類型(xing)的(de)變化而有所(suo)不(bu)同。當反(fan)(fan)應(ying)(ying)溫度(du)(du)(du)低(di)于溫度(du)(du)(du)窗口時(shi)，由于停留時(shi)間的(de)限(xian)制，往(wang)(wang)往(wang)(wang)使化學反(fan)(fan)應(ying)(ying)進行的(de)程度(du)(du)(du)較(jiao)低(di)反(fan)(fan)應(ying)(ying)不(bu)夠徹底，從而造成 NO 的(de)還原率(lv)較(jiao)低(di)，同時(shi)未參與反(fan)(fan)應(ying)(ying)的(de) NH3 增(zeng)加也會造成氨氣(qi)泄漏。 而當反(fan)(fan)應(ying)(ying)溫度(du)(du)(du)高于溫度(du)(du)(du)窗口時(shi)， NH3 的(de)氧化反(fan)(fan)應(ying)(ying)開始起主導作用：

從而，NH3 的(de)(de)作用成為(wei)氧化(hua)并生成 NO，而不是(shi)還(huan)原(yuan) NO為(wei) N2。總之，SNCR 還(huan)原(yuan) NO的(de)(de)過程是(shi)上述兩類反應相(xiang)互(hu)競爭、 共同作用的(de)(de)結(jie)果。 如何選取合適(shi)的(de)(de)溫度(du)條件同時兼顧(gu)減少還(huan)原(yuan)劑的(de)(de)泄漏成為(wei) SNCR 技術成功應用的(de)(de)關鍵。

2  SNCR脫硝的優點

選擇性非催化還原技(ji)術(SNCR)具有以(yi)下優點：

(1) 系(xi)統簡單：不需要改變現有(you)鍋(guo)爐(lu)的設(she)備設(she)置，而只需在現有(you)的燃煤(mei)鍋(guo)爐(lu)的基(ji)礎上增加氨(an)或尿(niao)素儲(chu)槽，氨(an)或尿(niao)素噴射裝置及其噴射口即可，系(xi)統結構比較簡單；

(2) 系統投資小：相對于SCR的大約40美(mei)元(yuan)kW-1 ~60美(mei)元(yuan)kW-1 的昂貴造(zao)價，由于系統簡單以及運行中不需要(yao)昂貴的催化劑而(er)只(zhi)需要(yao)廉價的尿(niao)素或液氨，所以 SNCR 大約 5 美(mei)元(yuan)⋅kW-1 ~10 美(mei)元(yuan)kW-1 的造(zao)價顯然更適合我國國情(qing)；

(3)  阻力(li)小：對鍋(guo)爐的正常(chang)運行影響較(jiao)小；

(4)  系統占地(di)面積小(xiao)：需要的較小(xiao)的氨或(huo)尿素儲槽(cao)，可放置于(yu)鍋爐鋼架之(zhi)上(shang)而不需要額外的占地(di)預算(suan)。

3  SNCR系統及其影響因素

如(ru)圖 1， 典型的(de)(de) SNCR 系(xi)統(tong)由還(huan)(huan)原(yuan)(yuan)(yuan)劑(ji)儲槽(cao)、 多層還(huan)(huan)原(yuan)(yuan)(yuan)劑(ji)噴入裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)置(zhi)以(yi)(yi)及(ji)相(xiang)應(ying)的(de)(de)控制系(xi)統(tong)組成。它(ta)的(de)(de)工(gong)(gong)藝(yi)(yi)簡單(dan)，操作(zuo)便捷。SNCR 工(gong)(gong)藝(yi)(yi)可以(yi)(yi)方便地在現有裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)置(zhi)上進行改裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)。因(yin)為(wei)它(ta)不需(xu)要催化劑(ji)床層，而僅僅需(xu)要對還(huan)(huan)原(yuan)(yuan)(yuan)劑(ji)的(de)(de)儲存設備(bei)和噴射系(xi)統(tong)加以(yi)(yi)安裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)，因(yin)而初(chu)始投資相(xiang)對于 SCR 工(gong)(gong)藝(yi)(yi)來(lai)說要低(di)得多，操作(zuo)費(fei)用與 SCR 工(gong)(gong)藝(yi)(yi)相(xiang)當。一般情況下 SNCR 可達到 60%至 70%的(de)(de) NOx 還(huan)(huan)原(yuan)(yuan)(yuan)率(lv)，足以(yi)(yi)滿(man)足有關(guan)環保要求。

SNCR 還原 NO的(de)化學(xue)反應效率(lv)取決于(yu)煙氣溫度，高溫下停留時間(jian)，含氨化合物即還原劑(ji)注入的(de)類型和數(shu)量(liang)、混合效率(lv)以及 NOx 的(de)含量(liang)等(deng)等(deng)。

3.1   溫度對 SNCR 的還原反應的影響

溫度(du)(du)對 SNCR 的還(huan)原(yuan)反(fan)(fan)應的影(ying)響最(zui)(zui)大(da)。當溫度(du)(du)高于 1 000℃時(shi)，NOx 的脫(tuo)除率由于氨氣(qi)的熱分解而降(jiang)低；溫度(du)(du)低于 1 000℃以下(xia)(xia)時(shi)，NH3 的反(fan)(fan)應速率下(xia)(xia)降(jiang)，還(huan)原(yuan)反(fan)(fan)應進(jin)行(xing)得不充分，NOx 脫(tuo)除率下(xia)(xia)降(jiang)，同時(shi)氨氣(qi)的逸出量(liang)可能(neng)也在(zai)(zai)(zai)增加。由于爐(lu)(lu)內的溫度(du)(du)分布受到負(fu)荷(he)、煤(mei)種等(deng)多(duo)種因(yin)素的影(ying)響，溫度(du)(du)窗(chuang)口隨著鍋(guo)爐(lu)(lu)負(fu)荷(he)的變化而變動。根據鍋(guo)爐(lu)(lu)特性和運(yun)行(xing)經(jing)驗，最(zui)(zui)佳的溫度(du)(du)窗(chuang)口通(tong)常(chang)出現在(zai)(zai)(zai)折(zhe)焰角附近的屏式過、再(zai)熱器(qi)處及水平煙道的末級過、再(zai)熱器(qi)所在(zai)(zai)(zai)的區(qu)域。

3.2   還原劑在最佳溫度窗口的停留時間

還原劑在最佳(jia)溫(wen)度窗口的(de)(de)停留(liu)時(shi)(shi)間越(yue)長，則(ze)脫除 NOx 的(de)(de)效果越(yue)好(hao)。NH3 的(de)(de)停留(liu)時(shi)(shi)間超過 1 s則(ze)可以(yi)出現最佳(jia)NOx脫除率。 尿素和氨水需要0.3 s~0.4 s的(de)(de)停留(liu)時(shi)(shi)間以(yi)達到有(you)效的(de)(de)脫除NOx 的(de)(de)效果。

3.3  SNCR 工藝所用的還原劑類型

SNCR 工藝所用(yong)的兩(liang)種最(zui)基本的還原(yuan)劑(ji)(ji)是(shi)(shi)無水泊液(ye)氨(an)(an)和(he)尿素。為(wei)(wei)了獲(huo)得(de)理想的 NOx 脫除效(xiao)率(lv)，還原(yuan)劑(ji)(ji)的用(yong)量(liang)(liang)必須(xu)比(bi)化學(xue)計量(liang)(liang)的要多。大多數(shu)過量(liang)(liang)的還原(yuan)劑(ji)(ji)分解為(wei)(wei)氮氣和(he) CO2，但是(shi)(shi)，也有微(wei)量(liang)(liang)的氨(an)(an)和(he) CO會殘留在尾氣中，造成氨(an)(an)的泄(xie)漏(lou)問題。其(qi)中氨(an)(an)的泄(xie)漏(lou)量(liang)(liang)一般小于(yu) 2.5×10-5 ，比(bi)較好的情況下可以小于(yu) 10-5 。在用(yong)尿素作(zuo)還原(yuan)劑(ji)(ji)的情況下，其(qi) N2O 的生成幾率(lv)要比(bi)用(yong)氨(an)(an)作(zuo)還原(yuan)劑(ji)(ji)大得(de)多，這是(shi)(shi)因為(wei)(wei)尿素可分解為(wei)(wei) HNCO，而 HNCO 又可進(jin)一步分解生成為(wei)(wei) NCO，而 NCO可與 NO進(jin)行反應生成氧化二(er)氮：

在以尿(niao)素為還原劑的(de)操作(zuo)(zuo)系統中，可(ke)能(neng)會(hui)有高至 10%的(de) NOx 轉(zhuan)變為 N2O，不過(guo)這(zhe)可(ke)以通(tong)過(guo)比(bi)較精確的(de)操作(zuo)(zuo)條件控制而達(da)到削減(jian) N2O 生成的(de)目(mu)的(de)。另外(wai)，如(ru)果操作(zuo)(zuo)條件未能(neng)控制到優(you)化的(de)狀態，亦可(ke)排放出大(da)量的(de) CO。

為了提高 SNCR 對 NOx的還原效率，降低氨的泄漏量(liang)，必須在設計階段重點考慮以下幾個關鍵的工藝參數：燃料類型、鍋爐(lu)(lu)負荷(he)、爐(lu)(lu)膛結構、受(shou)熱面布(bu)(bu)置、過量(liang)空氣(qi)量(liang)、NOx 濃度(du)、爐(lu)(lu)膛溫(wen)度(du)分(fen)布(bu)(bu)、爐(lu)(lu)膛氣(qi)流(liu)分(fen)布(bu)(bu)以及 CO濃度(du)等(deng)。

4  總結

SNCR 裝(zhuang)置簡單經(jing)濟、操作方(fang)便(bian)、價格(ge)低廉，是(shi)一種經(jing)濟實用(yong)的(de) NOx 還原(yuan)技術。相(xiang)對于(yu)別的(de)脫(tuo)硝技術來(lai)說，它是(shi)目前(qian)適(shi)合我(wo)國國情的(de)脫(tuo)硝技術的(de)最佳選(xuan)擇。

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