影響選擇性非催化還原脫硝效率的因素分析

史春花

（江蘇潤環環境科技有限公司，南京 210000）

影響選擇性非催化還原脫硝效率的因素分析

史春花

（江蘇潤環環境科技有限公司，南京 210000）

選擇性非催化還原脫硝反應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中具有非常廣泛的應用。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依靠鍋爐反應提供能量，煤炭的燃燒為電力等資源提供了轉化的基礎。但是在煤炭燃燒的過程中會產生許多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，會嚴重影響空氣質量，甚至危害周圍動植物及居民的生命健康，因此在工業生產中，必須通過脫硝方法對氮氧化物進行處理，反應生成無毒的氮氣和二氧化碳之后再進行排放。工業脫硝處理中，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，其主要區別就在于還原反應中是否使用催化劑。SNCR反應中不需要架設催化劑床層，操作更簡單，成本更低，但是由于反應中缺少催化劑，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，如果在應用過程中采用SNCR進行脫硝，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中更好地進行條件控制，以便提高反應的效率。

1 選擇性非催化還原脫硝法的原理介紹

SNCR的化學反應原理與SCR類似，都是利用還原劑與氮氧化物發生反應進行脫硝。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℃的區域后，迅速熱分解成NH3和其它副產物，隨后NH3與煙氣中的NOx進行SNCR反應而生成N2。根據使用的還原劑類型不同，具體的化學反應方程式也有一定差異。在工業上主要選擇NH3和尿素作為還原劑，當使用NH3做還原劑時，主要的化學反應方程式有：

當使用尿素作為還原劑時，主要的化學反應則有：

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

2 影響選擇性非催化還原脫硝效率的主要因素

2.1 反應溫度

在SNCR脫硝反應中，由于不使用催化劑，反應的效率主要受到溫度影響。溫度條件既是反應成立的條件，同時也能夠在很大程度上起到反應催化作用，對于整個反應的脫硝效率有最重要的影響。在SNCR的工業應用中，最佳爐膛溫度為850℃至1100℃。當爐膛溫度低于800℃時，氨的反應速度下降，還原不充分，并且有大量NH3可能會溢出，進一步降低還原的效率，對整個反應的脫硝效率影響非常大；而當溫度超過1100℃時，NH3在這樣的反應溫度下會出現熱分解現象，大量還原劑在參與反應之前分解，會減少還原劑的含量，進而影響整個SNCR反應的脫硝效率。因此在SNCR反應中，必須有效控制爐膛的反應溫度，由于爐膛的溫度受到負荷、煤種等其他因素影響，因此在爐內，溫度分布不均勻，也就造成了不同的溫度反應窗口，根據鍋爐的特性和實踐經驗總結，最佳的溫度窗口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，在該區域范圍內進行SNCR反應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的反應原理中可以知道，在實際的應用中可以選擇不同的還原劑，從化學原理來說，只要使用含有NHx基的還原劑都可以達到一定的脫硝效果，在工業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原料。但是在SNCR反應中，這兩種還原劑對于反應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在反應中可能會出現溢出情況，過量的NH3可能會自行分解生產氮氣和二氧化碳，無法參與到反應中，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，但是該反應有更大的幾率生產氧化二氮，這是脫硝不完全的一種現象，其原理主要是因為在使用尿素做還原劑時，尿素可分解為HNCO，而HNCO又可進一步分解生成為NCO，NCO則可以發生如下反應：

2.3 還原劑停留時間

在SNCR反應中，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的停留時間以達到有效的NOx脫除效果。

3 結束語

選擇性非催化還原法在工業脫硝中應用廣泛，這種方法操作簡單、成本較低，但是脫硝效率較低，因此，必須在反應中精確控制反應溫度、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的充分進行，提高脫硝效率。

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