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廣東榮昊環保科技有限公司
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SNCR反應機理SNCR反應機理是向一定的溫度窗口區域噴射還原性物質，在一定溫度條件下還原已生成的NOx，從而降低NOx的排放量
SNCR反應機理
SNCR反應機理是向一定的溫度窗口區域噴射還原性物質，在一定溫度條件下還原已生成的NOx，從而降低NOx 的排放量。選擇性非催化還原法（SNCR），是在無催化劑存在條件下將NH3或尿素等還原劑氨或尿素噴入爐內與NOx進行選擇性反應，將NOx 還原為N2 和H2O。例如使用尿素作為還原劑時，噴入的尿素溶液迅速熱分解成NH3并與煙氣中的NOx進行SNCR反應生成N2，該方法是以爐膛為反應器。
研究發現，在爐膛800～1250℃的溫度范圍內、在無催化劑作用下，NH3或尿素等氨基還原劑可選擇性地還原煙氣中的NOx，基本上不與煙氣中的O2作用，據此發展了SNCR法。在800～1250℃范圍內，NH3或尿素還原NOx的主要反應為：
NH3為還原劑反應式為：4 NH3 + 4NO +O2 →4N2 + 6H2O
尿素為還原劑反應式為：
圖3-2 SNCR脫硝流程
不同還原劑有不同的反應溫度范圍，此溫度范圍稱為溫度窗。NH3的反應溫度區為850～1100℃。當反應溫度過高時，由于氨的分解會使NOx還原率降低，另一方面，反應溫度過低時，氨的逃逸增加，也會使NOx還原率降低。
在反應條件比較理想時（如CFB鍋爐煙氣流速相對較低，SNCR反應時間較長）SNCR煙氣脫硝技術的脫硝效率可超過60%，其脫硝效率受鍋爐結構尺寸影響較大。采用SNCR技術，目前的趨勢是用尿素代替氨作為還原劑。
SNCR系統煙氣脫硝過程由下面四個基本過程完成：
接收和儲存還原劑；
還原劑的計量輸出、與水混合稀釋；
在鍋爐合適位置注入稀釋后的還原劑；
還原劑與煙氣混合進行脫硝反應。
SNCR反應及氨逃逸產生及控制
根據化學反應方程，NH3/NOx摩爾比應該為1，但實際上都要比1大才能達到較理想的NOx還原率， NH3/NO摩爾比過大，雖然有利于NOx還原率增大，但氨逃逸加大又會造成新的問題，同時還增加了運行費用。隨著尿素溶液噴入量的增加，尿素溶液與煙氣的混合情況有所好轉，因此在高NH3/NO摩爾比值情況下取得了好的效果。在實際應用中考慮到NH3的泄漏問題，應選盡可能小的NH3/NO摩爾比值，同時為了保證NO還原率，要求必須采取措施強化尿素溶液與煙氣的混合過程。
為了提高SNCR對NOx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，以減少氨逃逸量。
SNCR的優點
與其它脫硝技術相比，SNCR技術具有以下優點：
脫硝效果令人滿意：SNCR技術應用在燃煤鍋爐上，長期現場應用一般能夠達到30～50％的NOx脫除率；在小型鍋爐中，其脫硝效率為40～70％。
還原劑多樣易得：SNCR技術中脫除NOx的還原劑一般都是含氮的物質，包括氨、尿素、氰尿酸和各種銨鹽（醋酸銨、碳酸氫銨、氯化銨等），但，實際應用泛的是尿素。
無二次污染：SNCR技術是一項清潔的技術，沒有任何固體或液體的污染物或副產物生成，無二次污染。
經濟性好：由于SNCR的反應是靠鍋爐內的高溫驅動的，不需要昂貴的催化劑系統，因此投資成本和運行成本較低。
系統簡單、施工時間短：SNCR技術最主要的系統就是還原劑的儲存系統和噴射系統，主要設備有儲罐、泵、噴槍和必要的管路、測控設備。由于設備簡單，SNCR技術的安裝期短，僅需10天左右停爐時間，小修期間即可完成爐膛施工。
SNCR技術不需要對鍋爐燃燒設備和受熱面進行改動，不需要改變鍋爐的常規運行方式，對鍋爐的主要運行參數不會有顯著影響。
還原劑的選擇
用于SNCR脫硝工藝常用的還原劑有尿素、液氨和氨水。
還原劑使用液氨，其優點是脫硝系統儲罐容積較小，還原劑便宜；缺點是氨氣有毒、易燃易爆，儲存的安全防護要求高，需要經相關消防安全部門審批才能大量儲存、使用；輸送管道也需要特別處理；需要配合能量很高的輸送氣才能取得一定的穿透效果，一般應用在小型鍋爐或焚燒爐。
還原劑使用氨水，氨水的有惡臭，揮發性和腐蝕性強，有一定的操作安全要求，但儲存、處理比液氨簡單；由于含有大量的稀釋水，儲存、輸送系統比液氨系統要復雜；噴射剛性、穿透能力比氨氣噴射好，但揮發性仍然比尿素溶液大，應用在墻式噴射器的時候仍然難以深入到大型爐膛的深部，因此一般應用在中小型鍋爐上。氨水SNCR的脫硝效率略高于尿素SNCR，使其不斷得到推廣應用。另外，由于氨水SNCR脫硝的反應溫度可低至800℃，在一些爐膛溫度較低鍋爐的應用也較多。
還原劑采用尿素，尿素不易燃燒和爆炸，無色無味，運輸、儲存、使用比較簡單安全；揮發性比氨水小，在爐膛中的穿透性好；效果相對較好，脫硝效率高，適合于各類鍋爐是SNCR脫硝工藝。
脫硝效果的主要影響因素
在SNCR技術設計和應用中，影響脫硝效果的主要因素包括：
反應溫度場
合適的溫度范圍內可以停留的時間
反應劑和煙氣混合的程度
未控制的NOx濃度水平
噴入的反應劑與未控制的NOx的摩爾比－NSR
氣氛（氧量、一氧化碳濃度）的影響
還原劑類型和狀態
因此，SNCR脫硝工藝必須在反應溫度場的選擇、還原劑選擇、稀釋水及霧化介質的選擇、以及工藝控制等方面得到保證，方能達到良好的脫硝效果。
模擬計算
SNCR脫硝系統利用爐膛作為反應器，其脫硝效率的主要影響因素為：反應溫度窗口、還原劑噴射量、還原劑與煙氣的混合程度、反應時間，這些主要因素的參數選擇都必須經過計算機模擬運算獲得。計算機模擬運算包括：溫度場模擬、流場模擬、化學反應動力性模擬。我司脫硝工程的計算機模擬運算工作由“中國環境科學研究院大氣所”合作完成。主要工作內容如下：
現場測量鍋爐結構并收集運行數據，作為數值計算的初始條件；
選擇燃燒數學模型，設計模擬工況；
構建實體模型劃分模型網格；
基礎工況模擬分析與驗證；
流場及溫度場模擬結果分析；
噴嘴參數優化位置確定；
化學反應動力學模擬分析；
SNCR脫硝效果模擬分析。
SNCR技術采用精準的流場分析技術，針對各種爐型不同的運行實況確定各關鍵參數的邊界條件，經過詳細的CFD模擬和CKM計算，制定準確的工藝設計方案和布置。
SNCR霧化噴槍
霧化噴槍是SNCR脫硝系統的關鍵設備，一般由壓縮氣體系統、液體管路系統、霧化噴槍、噴槍保護套管組成。為了達到良好的脫硝效率，對于不同類型、容量的鍋爐，霧化噴槍的運行參數是不同的，其設計參數由計算機模擬確定。
經過試驗研究、工程實踐已成功研發出一種對鍋爐煙氣SNCR脫硝系統適應性較好的霧化噴槍。該噴槍制造過程可以通過改變液體室、霧化室、噴嘴出口孔徑等參數，運行過程可控制液體、氣體的壓力等參數，從而實現良好的霧化效果（噴射角、噴射距離、霧化粒徑），以滿足脫硝系統所需。為了避免霧化噴槍運行過程出現液體直接接觸鍋爐水冷壁而引起爆管，增設了氣壓感應機械聯鎖裝置，當氣壓未能達到霧化要求時，噴槍自動停止液體的噴射，避免液體直接射向水冷壁。該噴射器結構簡單、造價低、無易耗品；霧化效果好，不產生液滴，對水冷壁沒有不良影響；霧化氣源可選擇壓縮空氣或過熱蒸汽。
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