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脫硝工程的實際經(jīng)驗數(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,是一種經(jīng)濟環(huán)保的脫硝技能,目前,已在我國工業(yè)經(jīng)濟中廣泛應(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,噴發(fā)入高溫煙氣后,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,噴發(fā)入高溫煙氣后,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,重慶項目復(fù)原劑為尿素,大連項目的復(fù)原劑為氨水。
重慶項目:在鍋爐負荷控制在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,每隔1min,記載一次SNCR脫硝體系的運轉(zhuǎn)參數(shù)(氨逃逸率均為0mg/Nm3)。
大連項目:在鍋爐負荷控制在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,每隔1min,記載一次SNCR脫硝體系的運轉(zhuǎn)參數(shù)(氨逃逸率均為5~6mg/Nm3)。
依據(jù)測算CEMS檢測點與噴槍的間隔,噴發(fā)點(脫硝反響點)至CEMS的時刻約3min,扣除時刻上的延遲后,測驗成果如圖1。
圖1表明,在鍋爐負荷和復(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,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)域為800°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。當溫度低于該區(qū)間時,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;當反響溫度高于該區(qū)間時,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,每隔1min,記載一次SNCR脫硝體系的運轉(zhuǎn)參數(shù)。成果如圖2。
圖2表明,在鍋爐負荷不變,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,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。首要是因為溫度的升高,脫硝反響加重,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 負荷不變,溫度升高對脫硝功率的影響
因為廢物的熱值不同(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。運轉(zhuǎn)時全部啟用。
在鍋爐負荷80%不變,即廢物投料量堅持不變的情況下,設(shè)定噴發(fā)入氨水耗量25kg/h不變,測驗不同溫度條件下,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:在鍋爐負荷不變情況下,煙氣溫度升高時,添加混合液的總量,可使NOx排放值堅持不變。
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,液滴在高溫煙氣中的氣化時刻添加。因而,液滴在氣化的過程中,隨煙氣向上活動至溫度稍低的區(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,正常運轉(zhuǎn)時,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,決議了NH3與煙氣的接觸面巨細。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,單個液滴取得的動量越小,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,霧化后液滴的動量(粒徑巨細和速率),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量,成為SNCR脫硝工程成敗的要害。
江寶寶等對不同負荷和不同的霧化方式下,SNCR脫硝的功率進行研究,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量(巨細、速率)與脫硝功率的聯(lián)系做研究。噴槍最佳的動量(巨細、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,復(fù)原劑利用率越低。高溫區(qū)的利用率高于低溫區(qū)。
(3)當噴槍處的溫度仍高于最佳反響溫度區(qū)間時,可經(jīng)過添加混合液(復(fù)原劑+稀釋水)的總量,到達較高的脫硝功率。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)計時,主張設(shè)置多層噴槍,以習(xí)慣爐膛負荷調(diào)整時引起的溫度改變。因為爐膛內(nèi)溫度呈現(xiàn)上低下高的散布,當高負荷時,上層噴槍處溫度合適,噴槍主動切換至上層;當?shù)拓摵蓵r,基層噴槍處溫度合適,噴槍主動切換至基層。這樣,不論爐膛的負荷如何改變,SNCR脫硝反響點,始終處于最佳溫度區(qū)間內(nèi)。
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