SNCR技术

SNCR技术的分析,SNCR是在没有催化剂作用下， 向 9001100 炉膛中喷入还原剂，还原剂迅速热解成 NH3 与烟气中 NOx 反应生成 N2。炉膛中会有一定量氧气存在，喷入的还原剂选择性的与NOx 反应，基本不与氧气反应。SNCR的还原剂一般为氨、氨水或尿素等。 氨作为还原剂的SNCR称为De NOx 法，尿素为还原剂的称为NOx OUT法。,1.SNCR技术简介,2. SNCR技术思想,图2.SNCR技术示意图,3 反应过程,方法：产率分析(ROP),N2,NH3,NH2,NH,NO,NNH,HNO,NO2,N2O,H2NO,HONO,+O+OH,+OH+O,+NO,+NO,+NH2,+NH2,（R2）,（R1）,SNCR主要反应途径,(R 1),(R 2),分析可知：其他物质如CO、H2O等主要是通过改变反应过程中自由基（NH2、OH、O、H）的数量来影响脱硝效率。,（1）氨水作为还原剂的主要反应：（2）尿素作为还原剂的主要反应：（3）当温度过高时的反应为：,在此还原反应中温度对反应的影响很大，当温度过高时，如反应方程式（3）还原剂会被直接氧化成NOx，而温度过低时，反应不完全，氨逃逸率高，造成新的污染。可见温度过高或过低都不利于对污染物排放的控制。适宜的温度区间被称作温度窗口，所以，在SNCR法的应用中温度窗口的选择是至关重要的。,4 SNCR脱硝效率的影响因素,2.1 温度窗口的影响2.2 NH3/NOx 摩尔比的影响 2.3 停留时间 2.4 烟气与还原剂的混合情况,2.1 温度窗口的影响,NOx的还原是在特定的温度下进行的，在这个温度下能够提供所需要的热量。在较低的温度下，反应速率非常慢，造成大量氨的漏失。在高温情况下，氨氧化生成附加的NOx。对于氨来说理想的温度是8501050，在理想的温度范围内可以将还原剂注入进行还原。对于尿素来说理想的温度范围是9001100。在尿素中可以添加一些附加成分以扩大还原的温度范围。一般来说，注入位置在锅炉的过热器和再热器的辐射对流区，这个位置有合适的温度范围。适当的喷射位置能保证很高的NOx还原效率。烟气的温度取决于锅炉的设计和运行情况。烟气在炉膛上部通过对流变化范围在150。而且负荷的变化也会引起烟气温度的改变，这使SNCR过程变得更加困难。,2.2 NH3/NOx 摩尔比的影响,摩尔比的确定是由想得到的还原效率决定的。根据基本的化学反应方程式，还原2摩尔的NOx需要1摩尔的尿素或者2摩尔的氨。在实际中，需要注入比理论更多的还原剂以达到所需要的还原水平。这是因为实际反应的复杂性和注入试剂与烟气混合的限制。NH3/NOx的摩尔比大，虽然有利于NOx还原率增大，但氨逃逸加大又会造成新的问题，同时还增加了运行费用。试验表明，当NH3/NOx的摩尔比小于2，随NH3/NOx摩尔比增加，NOx还原率显著增加，但NH3/NOx摩尔比大于2后，增加就很少。NH3/NOx摩尔比增加，NOx还原率增加，但氨逃逸率也增加了。因为氨的的消耗涉及到运行的费用问题，所以所选用的摩尔比一般为临界值。,2.3 停留时间,因为任何反应都需要时间，所以还原剂必须和NOx在合适的温度区域内有足够停留时间，这样才能保证烟气中的NOx还原率。停留时间指的是反应物在炉膛上部对流区内的存在时间，SNCR的所有步骤必须在这里完成。这些步骤包括：注入的尿素和烟气的混合、水分的蒸发、尿素分解成氨、NH3分解成NH2和一些自由基、NOx的还原反应。加大停留时间有利于质量的输运和化学反应，从而提高了反应率。停留时间可以从0.001s到10s。在实际情况下一般不低于0.5s。停留时间的大小决定于烟气路径的尺度和流速，而这些参数是为了优化锅炉参数而不是为了SNCR过程。流速也要维持为了避免管路的腐蚀。因为这些设计需求，所以一般停留时间并不符合理想的SNCR过程。,2.4 烟气与还原剂的混合情况,两者的充分混合是保证充分反应的又一个技术关键，是保证在适当的NH3/NOx摩尔比下得到较高的NOx还原率的重要环节。大型电站锅炉由于炉膛尺寸大、锅炉负荷变化范围大，从而增加了对这四个因素控制的难度，国外的实际运行结果表明，应用于大型电站锅炉的SNCR的NOx还原率只有25%40%。随着锅炉容量的增大，SNCR的NOx还原率呈下降的趋势。,还原剂与烟气的混合程度的影响,为了使还原反应进行，在氨喷入后需要立即扩散并与烟气混合。由于氨水的挥发性，混合要快速。滞留区和流速较高的区域必须被适应。在大型锅炉上，由于较大的空间尺度和模式，混合是更加困难的。混合的实现是通过喷射系统，喷射器能够雾化还原剂，并且调整喷射角、速度和方向。为了帮助尿素溶液的混合传播，通过特殊的设备将溶液雾化成合适的液滴尺寸和分布。液滴的蒸发时间和运动轨迹是液滴直径的函数。大液滴有更大的动量，和在烟气中更强的穿透能力。蒸发时间的增加，就加大了需要的停留时间。混合不均匀一方面使还原NO的反应不充分，另一方面炉内未参加反应的还原剂会被氧化成NO。,氨水与烟气混合效果的好坏是决定SNRC脱硝率高低的重要因素。使用机械或空气雾化喷嘴，使氨水在进入炉膛前得到良好的雾化，加强氨水与烟气混合的均匀性，可以加快氨水和NOx之间反应的速度，提高脱硝率。将SNCR氮还原剂溶液喷入到高速高动量的燃尽风，主要靠携带空气的穿透作用深入到炉膛深处。,一般是湍流射流的问题。湍流的自由射流在与周围空间扩散的过程中，必然会产生湍流的物质转移和热量交换现象。根据湍流转移各现象之间类似性，可以知道射流中混合物的扩散是和热交换相似的。,与传值学相关,扩散过程遵循菲克定律射流过程,圆孔横向射流的轴线轨迹公式为:一般的观点认为横流作用于射流的压差阻力，是引起射流弯曲的原因，这个绕流阻力对于流可以写成 ： 其中、CD为绕流阻力系数主气流流速，为射流轴线与x轴的夹角(主流为x轴正方向)，y为射流在y方向的厚度,混合问题中经常关心射流在主气流中的穿透深度，即射流气流的轴线弯曲到和主气流方向接近平行的，弯曲轴线离开喷射口的垂直距离，实验得出穿透深度Ht(m)的表达公式为:,射流布置,射流速度的提高都可以达到更好的炉膛穿透，提高混合和脱硝效果。喷射流量的提高