影响SNCR运行过程中的关键因素有:水泥分解炉内NO,的初始浓度,还原剂喷入的温度窗口,氨氮比NormalizedStoichiometricRatio(NSR)、停留时间、还原剂和烟气的混合程度、烟气中氧含量,氨逃逸率和添加剂。
(1)还原剂的温度窗口SNCR脱硝技术对于还原剂的反应温度条件非常敏感,分解炉上喷入点的选择,可在一定程度上决定NO2的脱除效率不同的还原剂的最佳温度范围与具体的分解炉内烟气环境有关,从目前掌握的水泥窑SNCR实际经验来看,氨水作为还原剂的反应温度窗口为~℃,尿素作为还原剂的反应温度窗口为~℃,温度窗口是一个非常窄的范围,水泥窑窑尾烟室至分解炉的控制温度刚好在这两个反应温度窗口内,因为分解炉内温度场比较复杂,选择合适的喷入点尤为重要当温度低于反应窗口下限时,还原反应速度减慢以至于还原失效,大部分NH3仍未反应,造成氨逃逸;而温度高于温度窗口上限时,会发生NH3的氧化竞争反应,产生额外的NO2当把带有O、H2、CH4、钠盐和一些醇类有机化合物的添加剂加入分解炉内,可以有效地改变反应温度窗口,使反应在温度较低时有较高的脱硝效率,微量的添加剂就能起到很好的效果。这些添加剂是通过改变反应历程,促进某些关键基元的生成,从而提高了脱硝效率。
由于分解炉运行中烟气含有大量生料,且烟气流具有多样性,需要通过CFD流场模拟和现场反复测定后确定还原剂的喷入点数量及位置。为了提高脱硝效率和降低氨逃逸量,SNCR采用多层喷射系统(一般采用两层),一般根据运行情况确定各层喷枪系统的投运。
(2)氨氮比所谓的氨氮摩尔比是指反应中氨与NO的摩尔比值按照SNCR反应,Imol还原1NO需要1mol氨气或0.5mol尿素但在实际应用中还原剂的量要比这个量大,因为实际反应比较复杂且气体混合不均匀。要想达到较好的脱硝效果,需要增大还原剂的量。随着氨氮比的增加,脱硝效率增加。但同时氨逃逸增加,成本也较高。当氨氮比小于2时,随着氨氮比增加,脱硝效率有明显提高。在此基础上若增加氨氮比,脱硝效率不再有明显增加。目前,水泥窑SNCR系统的NSR一般控制在1.3左右。
(3)停留时间任何化学反应都需要经历一段时间才能完成,反应完成情况随反应时间的不同是有差异的。对于SNCR反应,还原剂和NO在合适的反应区域有足够的停留时间才能保证反应充分进行,达到良好的脱硝效果。停留时间较短时,随着停留时间的增加,脱硝效率增加,当停留时间达到一定尺度时再增加,对脱硝效率的影响就不明显了。停留时间与分解炉的尺寸、内部结构形式及烟气的流动状况有关。还原反应在分解炉内的停留时间取决于分解炉的尺寸和反应窗口内烟气路径的尺寸和速度,一般控制在0.25s。
(4)还原剂与烟气的混合程度还原剂与烟气的混合程度影响了还原剂与NO2的反应进程和速度,还原剂和烟气在分解炉内是边混合边反应混合效果的好坏是决定SNCR脱硝效率高低的重要因素在实验室内硝效率可以做到80%以上,而水泥厂、大型锅炉应用SNC技术的实脱硝效率一般在50%左右,主要原因之一就是混合问题混合效果不会严重影响反应物的接触,导致某一反应分布不均匀例如,局部的0浓度低,过量的还原剂及其分解产物反而会被氧化,整体脱硝率是部NO,浓度高,不能被充足的还原剂还原,还原剂的利用率降低,在不改变现有分解炉结构形式的基础上,可以调整不同位置还原剂的喷入量雾化效果,来提高还原剂与烟气的混合程度使脱硝效率升高,氨选选车降低。
(5)烟气中氧含量从上述SNCR主反应式(4-1)~(4-4)中可知，SNCR需要氧气的参与,没有氧气的条件下不发生NO2的还原反应微量的氧有利于SNCR反应的进行,并且降低了适合的反应温度,提高了脱硝效率。氧浓度的上升使反应温度窗口向低温方向移动,但也使最大脱硝效率下降为提高脱硝效率,分解炉中O2浓度控制范围1%~4%。
(6)氨逃逸的影响在SNCR脱硝技术中,还原剂雾化颗粒进入分解炉后,大部分与烟气中的NO和NO2进行还原反应,少量的还原剂在烟气中未发生反应就逃逸出去,这些在反应温度区内未反应的还原剂(NH3),称为氨逃逸。未反应排出的氨会造成环境二次污染,也增加了脱硝成本为减少氨逃逸,可采取合理选择温度窗口和喷射点,减少还原剂的喷入量,优化还原剂的喷射策略,以保证还原剂与烟气的混合程度和保证反应在温度窗口停留足够长的时间。
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