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硝 - 氮氧化物NOx产生机理、危害及SCR、SNCR等控制技术详解

2026-07-07 # 烟气脱硝

简介

硝-氮氧化物NOx(一氧化氮NO、二氧化氮NO2、一氧化二氮N20、)多种氧化物,其中以NO、NO2为主!主要产生于燃烧过程中!

燃料燃烧时NOx产生的主要机理有:

燃料型、热力型和快速型三种。

快速型:碳氢化合物燃烧,在燃料过浓时,反应区附近会快速生成NOx。

热力型:燃烧时,空气中氮子在高温下氧化而成。

燃烧型:燃烧时氮化合物在燃烧过程中热分解且氧化而生成。

氮氧化物的危害

目前地球三大环境问题:臭氧层破坏、温室效应、酸雨均与NOx有着直接的关系,同时其亦会产生光化学烟雾和灰霾,严重危害人类、动物及植物的健康。国内NOx的污染问题尚未得到有效控制,酸雨的类型已经从硫酸型向硝酸复合型转化,是导致区域性的雾霾等大气问题的主要原因。

氮氧化物的主要控制技术

燃烧前、燃烧中和燃烧后、空气分级助燃,燃料分级燃烧、烟气再循环、低氮燃烧控制,全氧助燃技术!

烟气脱硝的主要技术

选择性催化还原反应SCR(selective catalytic reduction)、选择性非催化还原反应SNCR(selec-tive non catalytic reduction )、氧化法 (NaCIO2WNaClo\O3)

选择性催化还原反应SCR(selective catalytic reduction)

SCR脱硝反应中低温脱硝。中温(300°C-380°C)低温(200°C左右)分为氨法SCR和尿素法SCR两种。此两种法都是利用氨对NOX的还原功能,在催化剂的作用下将NOX(主要是NO)还原为对大气没有多少影响的N2和水。尿素法SCR与氨法SCR的不同点,是要先利用一种设备将尿素转化为氨之后输送至 SCR触媒反应器。它转换的方法需将尿素注入分解室中,此分解室提供尿素分解所需的混合时间、驻留时间及温度,分解出的氨基产物即成为SCR的还原剂,通过触媒实施化学反应后生成氨及水。尿素分解室中分解成氨的方法有热解法(热解温度约400°C)和水解法,主要化学反应方程式为:

NH2CONH2 H20- 2NH3 CO2

在SCR反应器内,NO通过以下反应被还原

4NO 4NH3 O2-3N2 6H2O

6NO 4NH3-5N2 6H20

当烟气中有氧气时,反应第一式优先进行,因此氨消耗量与NO还原量有一对一的关系。在高温熔窑的烟气中,NO2一般约占总的NOX浓度的5%,NO2参与的反应如下:

2NO2 4NH3 O2- 3N2 6H2O

6NO2 8NH3->7N2 12H20

SCR烟气脱硝工艺系统主要有氨制备及氨存储运输系统、脱硝反应系统和其他辅助设备组成。液氨储运系统包括卸料压缩机、氨储罐、氨蒸发器、缓冲罐等;脱硝反应系统由SCR应器、烟气系统(包括SCR旁路烟道和省煤器盘路烟道)、喷氨系统、静态混合器等组成;SCR其他辅助设备和装置主要包括SCR反应器的相关管路系统和吹灰装置等。

SCR工艺特点

1、反应温度低,脱硝效率高可达90%以上。

2、TiO2等催化剂使用寿命长。

3、NH3逃逸浓度小于2mg/m’

4、S02/S03转化率小于1%。

5、技术成熟,设备运行可靠,维护方便。

6、适应性强,适应于各种燃烧方式的锅炉脱硝。

选择性非催化还原技术(Selective Non-Catalytic Reduction,简称SNCR)

选择性非催化还原(SNCR)脱硝技术是把炉膛作为反应器,将NH3或氨基还原剂(尿素溶液)直接喷入炉膛温度900~1100°C的区域,后者迅速热分解成NH3,NH3与烟气中的NOx反应生成N2和水。该方法不用催化剂,反应温度较高,投资成本和运行成本低,占地面积小;系统简单,安装周期短;不需要更换引风机;该工艺是一项清洁技术,没有任何污染物生成,没有二次污染;脱硝效率70%!

反应温度系指温度窗口的温度。在上述温度范围下,发生如下化学反应。

以NH3为还原剂,反应式:                                   

温度:870-1100°C

4NH3 4NO 02-4N2 6H20

以尿素为还原剂:

温度:900-1150°C

(NH2)2CO -2NH2 CO

总反应式:

NH2 NO-N2 H20

2C0 2NO-N2 2CO2

2 (NH2)2CO 4NO 202-4N2 2CO2 4H20

当温度较高时,NH3会被氧化为NO,导致NOx排放浓度增大。如温度过高还会促使NH3发生热分解,均为不利。温度较低则反应不完全,会造成“氨穿透”,过量逸出可能形成硫铵盐类。

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