垃圾焚烧炉SNCR脱硝效率的影响因素及建议

2023-01-07 烟气脱硝

摘要: SCNR脱硝功率的影响要素有:温度、NH3/NOx混合度.分析了NH3/NOx混合度的影响要素.结合废物燃烧炉SNCR脱硝工程的实际经验数据,研究了温度对脱硝功率的影响,并提出相应的对策.

引言

SNCR(Selective Non-Catalytic Reduction)脱硝技能于20世纪70年代起源于日本,80年代末在欧盟国家开始工业应用,90年代初进入美国。该技能由丹麦FLOW.VISION有限公司引入我国,随后美国燃料科技、德国ERC等公司纷纷进入中国推广。SNCR脱硝技能具有改造工期短、改造难度小、出资少等优点,是一种经济环保的脱硝技能,目前,已在我国工业经济中广泛应用及开展。

1 原理

SNCR脱硝技能是在必定的(一般是800°C~1000°C)烟气条件下,向烟气中喷入脱硝复原剂。在高温条件下,复原剂迅速地分解成NH3,一起与烟气中的NOx发生氧化复原反响,将NOx复原成N2与H2O蒸汽。该技能选用的脱硝复原剂一般为氨水和尿素2种。氨水作为复原剂时,喷发入高温烟气后,迅速气化成NH3和H2O蒸汽。首要化学反响为:

4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O

4NH3+2NO2+O2→3N2+6H2O

选用尿素作为复原剂时,喷发入高温烟气后,先分解为NH3,一起与烟气中的NO发生氧化复原反响。首要化学反响为:

2CO(NH2)2+4NO+O2→4N2+2CO2+4H2O

6CO(NH2)2+8NO2+O2→10N2+6CO2+12H2O

2 温度的影响分析

以各行业SNCR脱硝工程实例为基础,在NH3/NOx混合均匀程度完全相同的前提下,分析不同情况下的温度对脱硝的影响。

2.1 不同复原剂的最佳反响温度

不同复原剂需要的SNCR脱硝温度不尽相同。以重庆市某600t/d废物燃烧锅炉和大连市某500t/d废物燃烧锅炉为例。其中,重庆项目复原剂为尿素,大连项目的复原剂为氨水。

重庆项目:在锅炉负荷控制在80%,喷发入炉膛的尿素溶液(40%,w/w)控制在49.3kg/h,混合液总量控制在450kg/h时,每隔1min,记载一次SNCR脱硝体系的运转参数(氨逃逸率均为0mg/Nm3)。

大连项目:在锅炉负荷控制在65%~75%,喷发入炉膛的氨水(20%,w/w)控制在30kg/h,混合液总量控制在180kg/h时,每隔1min,记载一次SNCR脱硝体系的运转参数(氨逃逸率均为5~6mg/Nm3)。

依据测算CEMS检测点与喷枪的间隔,喷发点(脱硝反响点)至CEMS的时刻约3min,扣除时刻上的延迟后,测验成果如图1。

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图1表明,在锅炉负荷和复原剂喷入量均不变的情况下,氨水作为复原剂,NOx的排放量谷值所对应的烟气温度约825°C;尿素作为复原剂时,NOx的排放量谷值所对应的烟气温度约930°C。

SNCR脱硝体系比较适宜的反响温度区域为800°C~1000°C,即脱硝反响功率较高的温度区间。其中,氨水利用率较高的温度区间为800°C~870°C;尿素利用率较高的温度区间为870°C~970°C。当温度低于该区间时,反响不彻底,即未参加反响的NH3添加,使得NH3逃逸率添加,会发生二次污染;当反响温度高于该区间时,NH3的氧化反响占主导,添加了复原剂的消耗量,即脱硝功率下降。

2.2 复原剂相同,不同温度对脱硝功率的影响

以大连市某500t/d废物燃烧锅炉为例,在锅炉负荷控制在65%~75%,喷发入炉膛的氨水(20%,w/w)控制在30kg/h,混合液总量控制在180kg/h时,每隔1min,记载一次SNCR脱硝体系的运转参数。成果如图2。

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图2表明,在锅炉负荷不变,喷入锅炉的氨水量和稀释水量均不变的情况下,烟气温度在825°C时,NOx的排放浓度最低。烟气温度偏高或偏低,NOx的浓度均升高。NH3逃逸率值稳定地控制在6mg/Nm3以下。

1)区间一:780°C~825°C内,跟着温度升高,NOx的浓度下降。首要是因为温度的升高,脱硝反响加重,越来越多的NH3与NOx发生反响,而下降NOx

的浓度。

(2)区间二:825°C~880°C内,跟着温度的升高,NOx的浓度升高。首要原因有:1)温度升高,NH3与NOx的反响削弱,NOx的排放浓度升高;2)烟气温度的升高,局部会发生NOx,相同会添加NOx的浓度。

氨逃逸率稳定地控制在6mg/Nm3,而喷氨量不变,阐明参加反响的NH3量基本不变,即NH3的利用率不变。

“区间一”的斜率的绝对值,比“区间二”的要低,阐明“区间二”内所发生的NOx浓度高于区间一。即温度越高,发生NOx的速度越快。

NH3逃逸率一向处于5~6mg/Nm3,阐明烟气中有部分NH3未与NOx发生反响,而直接随烟气一起排入大气。可能是由喷枪雾化的散布不均匀导致。

2.3 负荷不变,温度升高对脱硝功率的影响

因为废物的热值不同(特别是废物燃烧炉),在废物投料量不变的情况下,炉膛内温度会出现动摇。以大连市某500t/d废物燃烧锅炉为例。该体系喷枪设置为前墙2支、侧墙各2支,共6支。运转时全部启用。

在锅炉负荷80%不变,即废物投料量坚持不变的情况下,设定喷发入氨水耗量25kg/h不变,测验不同温度条件下,经过调理混合液总量,使NOx的排放值控制在200mg/Nm3以下。

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图3显示了烟气温度与混合液总量的联系。趋势表明:在锅炉负荷不变情况下,烟气温度升高时,添加混合液的总量,可使NOx排放值坚持不变。

依据程序控制原理:混合液总量=喷氨量+稀释水量。在喷氨量不变的情况下,混合总量添加,体现为稀释水量的添加,喷发入炉膛内的氨水浓度变低混合液总量的添加,阐明每支喷枪的流量添加。在喷枪的设计出力下,流量添加后,喷枪雾化的液滴粒径会添加,液滴在高温烟气中的气化时刻添加。因而,液滴在气化的过程中,随烟气向上活动至温度稍低的区域,气化后的NH3与NOx在温度稍低的区域,发生氧化复原反响。

3 NH3/NOx混合度

NH3与烟气(NOx)的混合是经过喷枪实现。NH3与烟气(NOx)混合得越充分,发生氧化复原反响后,NH3的利用功率越高,脱硝功率也越高,反之越低。SNCR脱硝复原剂(氨水或尿素溶液),均是以液态方式喷发入烟气中,经过喷枪,将液体雾化成无数个小粒径的液滴,均匀地散布在烟道截面上。其混合的均匀程度,与喷枪有很大联系。因而,在SNCR脱硝体系中,喷枪是最为要害的一个设备。

3.1 喷枪安置

喷枪的安置,涵盖两方面:喷枪数量和喷枪的雾化方式。依据控制逻辑,正常运转时,喷入锅炉的混合液总量(Q)不变。在必定的烟气截面积(S)上,安置必定数量(n)的喷枪,单支喷枪的流量为()。因而,喷枪的数量决议了每支喷枪的流量。数量越多,单支喷枪流量越小,反之越大。

不考虑烟气天然混合的要素,使复原剂掩盖整个烟气截面,则每支喷枪需要掩盖的必定截面积()。必定的喷枪流量()下,喷枪的不同雾化方式,脱硝的功率也不完全一样。江宝宝等对CFB锅炉的研究表明,在相同喷枪数量下,扇形喷枪喷发速率比圆锥形喷枪大2.8m/s,雾化后粒径比圆锥形喷枪小9~16μm,更有利于提高脱硝功率。

3.2 喷枪雾化粒径

喷枪雾化液滴粒径的巨细,决议了NH3与烟气的接触面巨细。理论上来说,喷枪雾化后的液滴粒径越小,液滴与烟气(NOx)的接触面越大,NH3的利用率越高,

脱硝功率越高。然而,液滴越小,质量就越小,单个液滴取得的动量越小,其在烟气中的阻力作用下,液滴的穿透力衰减极快,导致液滴在烟气中的掩盖面小。

因而,雾化后液滴的动量(粒径巨细和速率),直接影响到液滴对烟气截面的掩盖率。选择适宜的喷枪参数,即适宜的雾化液滴的动量,成为SNCR脱硝工程成败的要害。

江宝宝等对不同负荷和不同的雾化方式下,SNCR脱硝的功率进行研究,并研究了喷枪不同出力下的雾化特性。但未对雾化液滴的动量(巨细、速率)与脱硝功率的联系做研究。喷枪最佳的动量(巨细、速率),将是SNCR脱硝功率提高的首要研究方向。对SNCR脱硝工程的设计和功率提高,将起到很明显的指导作用。

4 结论及主张

(1)不同复原剂利用率的最佳温度不同。氨水利用率最高时烟气温度约为825°C,较高的温度区间800°C~870°C;尿素利用率最高时的烟气温度约为930°C,较高的温度区间为870°C~970°C。

(2)同一复原剂在不同温度下的利用率不一样。在利用率最高所对应的烟气温度两侧,离得越远,复原剂利用率越低。高温区的利用率高于低温区。

(3)当喷枪处的温度仍高于最佳反响温度区间时,可经过添加混合液(复原剂+稀释水)的总量,到达较高的脱硝功率。在炉膛发生的初始NOx浓度不变的情况下,即复原剂的耗量不变,则只需经过添加稀释水的量即可。

SNCR脱硝体系设计时,主张设置多层喷枪,以习惯炉膛负荷调整时引起的温度改变。因为炉膛内温度呈现上低下高的散布,当高负荷时,上层喷枪处温度合适,喷枪主动切换至上层;当低负荷时,基层喷枪处温度合适,喷枪主动切换至基层。这样,不论炉膛的负荷如何改变,SNCR脱硝反响点,始终处于最佳温度区间内。