史春花

（江蘇潤環(huán)環(huán)境科技有限公司，南京 210000）

影響選擇性非催化還原脫硝效率的因素分析

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選擇性非催化還原脫硝反應(yīng)可以用于氮氧化物的脫硝，在大型電站鍋爐等需要燃燒大量煤粉的工業(yè)中具有非常廣泛的應(yīng)用。本文簡單介紹了選擇性非催化還原脫硝法的原理，并分析了溫度、還原劑類型、還原劑停留時間等主要因素對選擇性非催化還原脫硝效率的影響。

選擇性非催化還原脫硝法；化學(xué)原理；影響因素

在我國的電力工程中，仍然有大部分電力的生產(chǎn)依靠鍋爐反應(yīng)提供能量，煤炭的燃燒為電力等資源提供了轉(zhuǎn)化的基礎(chǔ)。但是在煤炭燃燒的過程中會產(chǎn)生許多CO、氮氧化物等有害氣體，如果直接將這類氣體排放到空氣中，會嚴(yán)重影響空氣質(zhì)量，甚至危害周圍動植物及居民的生命健康，因此在工業(yè)生產(chǎn)中，必須通過脫硝方法對氮氧化物進(jìn)行處理，反應(yīng)生成無毒的氮?dú)夂投趸贾笤龠M(jìn)行排放。工業(yè)脫硝處理中，通常采用選擇性催化還原脫硝（SCR）或者選擇性非催化還原脫硝（SNCR）兩種方式，其主要區(qū)別就在于還原反應(yīng)中是否使用催化劑。SNCR反應(yīng)中不需要架設(shè)催化劑床層，操作更簡單，成本更低，但是由于反應(yīng)中缺少催化劑，SNCR的脫硝效率一般比SCR低，SCR方法的脫硝效率一般在90%以上，而SNCR的脫硝效率一般為30% 至50%。因此，如果在應(yīng)用過程中采用SNCR進(jìn)行脫硝，必須考慮如何提高其脫硝效率，通過分析其脫硝效率的影響因素有助于在反應(yīng)中更好地進(jìn)行條件控制，以便提高反應(yīng)的效率。

1 選擇性非催化還原脫硝法的原理介紹

SNCR的化學(xué)反應(yīng)原理與SCR類似，都是利用還原劑與氮氧化物發(fā)生反應(yīng)進(jìn)行脫硝。具體來說，SNCR是將把含有NHx基的還原劑噴入爐膛溫度為850℃～1100℃的區(qū)域后，迅速熱分解成NH3和其它副產(chǎn)物，隨后NH3與煙氣中的NOx進(jìn)行SNCR反應(yīng)而生成N2。根據(jù)使用的還原劑類型不同，具體的化學(xué)反應(yīng)方程式也有一定差異。在工業(yè)上主要選擇NH3和尿素作為還原劑，當(dāng)使用NH3做還原劑時，主要的化學(xué)反應(yīng)方程式有：

當(dāng)使用尿素作為還原劑時，主要的化學(xué)反應(yīng)則有：

從SNCR的反應(yīng)原理分析，影響該反應(yīng)的主要因素包括了溫度、還原劑類型等，再實(shí)際的工業(yè)反應(yīng)中，還與還原劑停留時間、煙氣流速、流量等因素有關(guān)。只有控制好反應(yīng)條件，才能夠盡可能地提高該反應(yīng)的脫硝效率。

2 影響選擇性非催化還原脫硝效率的主要因素

2.1 反應(yīng)溫度

在SNCR脫硝反應(yīng)中，由于不使用催化劑，反應(yīng)的效率主要受到溫度影響。溫度條件既是反應(yīng)成立的條件，同時也能夠在很大程度上起到反應(yīng)催化作用，對于整個反應(yīng)的脫硝效率有最重要的影響。在SNCR的工業(yè)應(yīng)用中，最佳爐膛溫度為850℃至1100℃。當(dāng)爐膛溫度低于800℃時，氨的反應(yīng)速度下降，還原不充分，并且有大量NH3可能會溢出，進(jìn)一步降低還原的效率，對整個反應(yīng)的脫硝效率影響非常大；而當(dāng)溫度超過1100℃時，NH3在這樣的反應(yīng)溫度下會出現(xiàn)熱分解現(xiàn)象，大量還原劑在參與反應(yīng)之前分解，會減少還原劑的含量，進(jìn)而影響整個SNCR反應(yīng)的脫硝效率。因此在SNCR反應(yīng)中，必須有效控制爐膛的反應(yīng)溫度，由于爐膛的溫度受到負(fù)荷、煤種等其他因素影響，因此在爐內(nèi)，溫度分布不均勻，也就造成了不同的溫度反應(yīng)窗口，根據(jù)鍋爐的特性和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，最佳的溫度窗口通常出現(xiàn)在折焰角附近的屏式過熱、再熱器處及水平煙道的末級過、再熱器所在的區(qū)域，在該區(qū)域范圍內(nèi)進(jìn)行SNCR反應(yīng)能夠更好地保持溫度條件，保證脫硝效率。

2.2 還原劑類型

從SNCR的反應(yīng)原理中可以知道，在實(shí)際的應(yīng)用中可以選擇不同的還原劑，從化學(xué)原理來說，只要使用含有NHx基的還原劑都可以達(dá)到一定的脫硝效果，在工業(yè)中為了方便制備還原劑且考慮到成本問題，一般使用NH3和尿素兩種較為常見的工業(yè)原料。但是在SNCR反應(yīng)中，這兩種還原劑對于反應(yīng)的脫硝效率也有著不同的影響效果。在SNCR方法脫硝中，一般還原劑的使用量比SCR方法中更多，但是如果使用NH3作為還原劑，大量NH3在反應(yīng)中可能會出現(xiàn)溢出情況，過量的NH3可能會自行分解生產(chǎn)氮?dú)夂投趸?，無法參與到反應(yīng)中，在使用NH3作為還原劑時，其泄漏問題是影響脫硝效率的重要因素。如果使用尿素作為還原劑，雖然避免了還原氣體泄漏的問題，但是該反應(yīng)有更大的幾率生產(chǎn)氧化二氮，這是脫硝不完全的一種現(xiàn)象，其原理主要是因?yàn)樵谑褂媚蛩刈鲞€原劑時，尿素可分解為HNCO，而HNCO又可進(jìn)一步分解生成為NCO，NCO則可以發(fā)生如下反應(yīng)：

2.3 還原劑停留時間

在SNCR反應(yīng)中，還原劑在最佳溫度窗口的停留時間也在很大程度上影響了該反應(yīng)的脫硝效率，一般來說，還原劑在最佳溫度窗口的停留時間越長，則脫氨效果越好。NH3的停留時間超過1s一般就可以出現(xiàn)最佳脫氨率；尿素和氨水則需要0.3s到0.4s的停留時間以達(dá)到有效的NOx脫除效果。

3 結(jié)束語

選擇性非催化還原法在工業(yè)脫硝中應(yīng)用廣泛，這種方法操作簡單、成本較低，但是脫硝效率較低，因此，必須在反應(yīng)中精確控制反應(yīng)溫度、選擇合適的還原劑、把握還原劑在最佳溫度窗口停留的時間，這樣才能夠保證反應(yīng)的充分進(jìn)行，提高脫硝效率。

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.20.012