選擇性非催化還原法

在不採用催化劑的情況下，在爐膛（或循環流化床分離器）內煙氣適宜處均勻噴入氨或尿素等氨基還原劑。還原劑在爐中迅速分解，與煙氣中的NO_x反應生產N₂和H₂O，而基本不與煙氣中的氨氣發生作用的技術。SNCR反應控制在很窄的煙氣溫度範圍對應的爐膛位置進行。

基本介紹

• 中文名：選擇性非催化還原法
• 外文名：Selective Non-Catalytic Reduction
• 縮寫：SNCR
• 特點：系統簡單、投資少、占地面積少等
• 工藝流程：輸送、計量分配、噴射等
• 影響因素：溫度、還原劑等

簡介

SCR技術的催化劑費用通常占到SCR系統初始投資的40%左右，其運行成本很大程度上受催化劑壽命的影響，選擇性非催化還原法脫硝技術應運而生。選擇性非催化還原法技術是一種不用催化劑，在850℃～1100℃範圍內還原NO_x的方法，還原劑常用氨或尿素，最初由美國的Exxon公司發明並於1974在日本成功投入工業套用，後經美國Fuel Tech公司推廣，目前美國是世界上套用實例最多的國家。

反應方程

主要為：

4NH₃+4NO+O₂→4N₂+6H2O

4NH₃+2NO+2O₂→3N₂+6H₂O

8NH₃+6NO₂→7N₂+12H₂O

而採用尿素作為還原劑還原NO_x的主要化學反應為：

(NH₂)₂CO→2NH₂+CO

NH₂+NO→N₂+H₂O

CO+NO→N₂+CO₂

SNCR還原NO的反應對於溫度條件非常敏感，爐膛上噴入點的選擇，也就是所謂的溫度視窗的選擇，是SNCR還原NO效率高低的關鍵。一般認為理想的溫度範圍為850℃～1100℃，並隨反應器類型的變化而有所不同。當反應溫度低於溫度視窗時，由於停留時間的限制，往往使化學反應進行不夠充分，從而造成NO的還原率較低，同時未參與反應的NH3增加也會造成氨氣的逃逸，遇到SO₂會產生NH₄HSO₄和（NH₄）₂SO₄，易造成空氣預熱器堵塞，並有腐蝕的危險。而當反應溫度高於溫度視窗時，氨的分解會使NO_x的還原率降低，NH3的氧化反應開始起主導作用：

4NH₃+5O₂→4NO+6H₂O

從而，NH₃的作用成為氧化並生成NO，而不是還原NO為N₂。如何選取合適的溫度條件同時兼顧減少還原劑的泄漏成為SNCR技術成功套用的關鍵。

特點

在脫硝效率要求不高的情況下使用，該方法的特點是如下。

（1）系統簡單：不需要改變現有鍋爐的設備設定，而只需在現有的燃煤鍋爐的基礎上增加氨或尿素儲槽，氨或尿素噴射裝置及其噴射口即可，系統結構比較簡單；

（2）系統投資小：由於系統簡單以及運行中不需要昂貴的催化劑，其投資費用比SCR法低。

（3）阻力小：對鍋爐的正常運行影響較小；

（4）系統占地面積小：需要的較小的氨或尿素儲槽，可放置於鍋爐鋼架之上而不需要額外的占地。

（5）脫硝效率比SCR法低40～50個百分點。

工藝流程

SNCR工藝系統主要包括：（1）還原劑儲存與製備系統：包括 必要的輸送設備、罐類設備等；（2）稀釋系統：包括稀釋泵或風機等設備；（3）輸送系統；（4）計量分配系統；（5）尿素溶液噴射系 統；（6）其他：SNCR脫硝的其他系統包括水、氣、汽以及控制、消防等系統。

氨水溶液輸送系統及脫鹽水溶液輸送系統

SNCR脫硝時，使用氨水輸送泵將儲罐中的氨水溶液抽出在靜態混合器中和來自脫鹽水罐的稀釋水混合稀釋後，再輸送到爐前分配模組，進入噴槍，在壓縮空氣的作用下，霧化成液滴噴入爐內溫度適合區域，與煙氣進行混合，和其中的NOx發生氧化還原反應，生成氮氣和水。氨水溶液輸送泵和稀釋水輸送泵採用多級離心泵。

計量分配模組

計量分配裝置包括：電動調節閥、電磁流量計、壓力感測器、轉子流量計、壓力表、手動球閥及接線箱等。 計量分配裝置用於控制每個鍋爐噴射區的氨水溶液流量，調節噴射區的壓縮空氣的噴射壓力，每個鍋爐的計量分配裝置採用分區獨立控制，每個子系統能獨立運行或關閉。 計量分配系統就近布置在噴射系統附近，每個鍋爐採用獨立的流量和壓力控制系統，為複雜的套用情況提供所需的高水平的控制。通過對鍋爐的實時工況（如煙氣量、NOx及 O2濃度等）進行分析，調整噴槍氨水溶液的流量（調節水路電動調節閥的開度），或者調節壓縮空氣的壓力，以此來控制噴射系統，使噴射系統能滿足鍋爐實時工況的要求，噴射氨水溶液。

爐前噴射系統

噴槍由噴嘴、噴槍桿、保護套管及連線件等部分組成。

影響因素

溫度

溫度對SNCR的還原反應的影響最大。當溫度高於1100℃時，NO_x的脫除率由於氨氣的熱分解而降低；溫度低於800℃以下時，NH₃的反應速率下降，還原反應進行得不充分，NO_x脫除率下降，同時氨氣的逸出量可能也在增加。由於爐內的溫度分布受到負荷、煤種等多種因素的影響，溫度視窗隨著鍋爐負荷的變化而變動。根據鍋爐特性和運行經驗，最佳的溫度視窗通常出現在折焰角附近的屏式過熱、再熱器處及水平煙道的末級過、再熱器所在的區域。

還原劑

還原劑在最佳溫度停留時間

還原劑在最佳溫度視窗的停留時間越長，則NO_x的脫除效果越好。NH₃的停留時間超過1s則可以出現最佳NO_x脫除率。尿素和氨水需要0.3s～0.4s的停留時間以達到有效的NO_x脫除效果。

還原劑類型

SNCR工藝所用的還原劑及製備方法與SCR工藝相同，主要是NH₃和尿素。為了獲得理想的NO_x脫除效率，還原劑的用量（化學當量）比SCR工藝要大。大多數過量的還原劑分解為氮氣和CO₂，但是，也有微量的氨和CO會殘留在尾氣中，造成氨的泄漏問題。其中氨的泄漏量一般小於2.5×10，比較好的情況下可以小於1×10。在用尿素作還原劑的情況下，其N₂O的生成幾率要比用氨作還原劑大，這是因為尿素可分解為HNCO，而HNCO又可進一步分解生成為NCO，而NCO可與NO進行反應生成氧化二氮：

NCO+NO→N₂O+CO

為了提高SNCR對NO_x的還原效率，降低氨的泄漏量，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、鍋爐負荷、爐膛結構、受熱面布置、過量空氣量、NO濃度、爐膛溫度分布、爐膛氣流分布以及CO濃度等。