6 Z1 e M% D& O' K- Y7 q K第二,同一截面不同还原剂喷枪喷入位置的NOx分布不均。由于分解炉内具有喷腾、旋流等效应,导致分解炉烟气存在一定程度的分层现象,同一截面不同位置NOx浓度差异较大。应用CFD对某5000t/d生产线还原剂喷入位置的NOx浓度进行计算,结果如图2所示。9 K8 o2 Q( K8 V2 {6 P! b
3 X) ~6 q& K9 w' ?+ d1 ^8 p ( v9 C U' C, d% W( u [2 `& f. j& ?& _; k9 K) I9 E/ y
图2还原剂喷入位置截面NOx体积浓度分数(%)及截面均分方法 : f% o/ h7 f2 o: h- I% y 0 x' l% C, Y. L& ?由图2可知,NOx在同一截面的分布存在显著差异。将该截面均匀分为四等分,分别记为左前、左后、右前、右后,如图2所示。截面每部分NOx浓度平均值如表1所示。 1 L* H2 S1 a. M; E2 w# [# p5 x3 y0 h
表1 还原剂喷入位置截面不同部位NOx浓度平均值 6 k/ ?; ^+ J$ k: z! |; C+ d
位置
左前
左后
右前
右后
NOx浓度/ppm
906
968
801
950
2 T+ `: ?0 q) S, [& F7 A$ \
7 p0 K' G3 Q* v* p2 i2 m T
由表1可知,左后部分NO平均浓度最大,右前部分NO平均浓度最小,两者差别达到近170 ppm。我们对某5000t/d生产线分解炉(TDF)在还原剂喷入位置(鹅颈管出口)的实际测试表明,同一高度不同位置NOx浓度差超过了200 ppm。由于目前所有喷枪的还原剂喷入量一般相同,这使得NOx浓度较高的区域氨氮摩尔比(NSR)较低,而NOx浓度较低的区域NSR较高,从而降低了SNCR的脱硝效率。 * R' c4 M5 |% W6 e/ }/ H $ R6 a2 t# R9 N8 B0 ?(1)CO会影响SNCR脱硝反应温度, X% x _. x% s4 f, x8 C. M
" D s; H7 c) c' Y9 E
: E5 w/ \5 K8 N/ UCO的存在显著降低了SNCR反应温度窗口,且CO浓度越高,SNCR反应温度窗口越低。当CO浓度为100 ppm时,SNCR反应最佳温度约为950℃;当CO浓度增加到1000 ppm时,SNCR反应最佳温度约为850℃;当CO浓度达到5000 ppm时,SNCR反应最佳温度只有750℃。该现象也在我国水泥生产企业得到证实。 ! s0 t5 C$ G- c I% s2 N: M& d+ w" o3 ]$ Z) \- k' v, \
) O9 N" h3 \2 g7 K# M( l
/ T& s/ g: b( S+ V/ o3 P5 i
/ @/ _2 X( D* o
CO浓度对SNCR反应效率的影响8 Y( A" y- k' e* l& R
; V( I9 e5 @ ^$ D a(初始NOx=500ppm,还原剂为氨水,NSR=1.5) # V% Z5 v v: v) T! G; U0 m( |. _9 ~7 v7 w D
(2)CO浓度会降低SNCR脱硝效率 / Z, W; K3 x! X3 i6 o& t' Q8 x3 C; b3 N2 }& \( J
诸多研究表明,NH3与NOx反应之前,必须先生成NH2;触发NH3生成NH2的反应有多个,其中最重要的是NH3与OH的反应。OH来源于燃烧后的烟气,其同时也是CO氧化的反应物。由此,NH3和CO形成了对OH的竞争关系,如下所示。 ; {. L8 P+ |; T3 U. f/ `; H 9 k' u, N: S3 b; VNH3+OH→NH2+H2O (4) 3 D" q0 C U( @! p8 v
7 J: c4 `+ z) \* j5 h. {+ B
CO+OH→CO2+H (5) ' c2 \. @& B2 S# ?6 f9 G0 r' J
) _- e* ~; X. K4 e% u7 a8 }+ I% a2 U
简单来看,CO的存在会和NH3争夺OH,从而减少了NH2的生成,降低SNCR反应效率。但是,CO为什么又能降低SNCR反应温度窗口呢?这主要是由于上述反应产生的H会继续进行如下反应:5 q) M. ~, [* }! V) P7 G( h7 G
4 v' _& J' H# R; h0 J1 G. dH+O2→OH+O ; c) ]- M% A" o) B |* r) ]
, s4 ^* C( _! q# ]3 F8 P) {' nO+H2O→2OH 9 g5 I" c9 J6 _% Y. p3 l% H
0 v8 {9 k) P. R/ u0 q3 I) `
当O2充足时,OH含量不仅没有因为反应(5)而减少,反而因为后续的链式反应而增加;除此,反应(5)是放热反应,有利于提高局部温度。OH含量的增加和反应(5)放出的热量,使得反应(4)在较低温度下得以较快进行,所以SNCR反应温度窗口降低。然而,OH含量的增加使得整体反应速率都加快,O含量也增加,O的增加促使更多NH2发生氧化反应生成NO,从而降低了SNCR脱硝效率,这也是建设SNCR系统时需要保证还原剂喷入位置CO浓度小于300 ppm的原因。除此,由于对OH的竞争关系,NH3的喷入会增加烟气中CO的含量。" b: P$ [" [ y a. b
# c! M% T, O6 N8 v4 e* m
德国Bauverlag公司对三条使用PREPOL-MSC的分解炉进行了SNCR脱硝实验。该分解炉具有分级燃烧特点,部分燃料直接喂入窑尾烟室,以削减窑内NOx;为了增强燃烧后烟气与氧气的混合,在三次风管上方安装有扰流室,以保证完全燃烧。实验时,将氨水分别喷入分解炉三个部分,即仍处于燃烧状态的还原区域(930-990℃)、三次风管与扰流室之间的氧化区域(890℃)、扰流室与末级预热器之间的氧化区域(850-870℃)。结果表明,喷入氨水的位置越远离燃烧区域,脱硝效率越高。 ' z }8 Q; q# M) p" ~5 T z' n9 d3 ^4 m5 M1 S/ S(3)结论 ' m" l5 X+ r" z. p8 A ' t0 h+ c5 V8 T5 K+ r" N7 G氨水喷枪移动到C5预热器出口后,部分企业氨水用量明显减少,部分企业变化不明显,这除了与反应时间有关外,更多取决于分解炉内CO的浓度。如果分解炉CO浓度并不高,将喷枪移到C5预热器出口,SNCR脱硝效率会因为C5出口温度较低而下降;如果分解炉CO浓度较高,将喷枪移到C5预热器出口具有以下优势,一方面避免分解炉喷入位置CO含量较高而导致实际温度超过SNCR温度窗口,另一方面移动到C5出口后,CO浓度有所降低,这有利于SNCR脱硝反应的进行。来源:水泥,2018年第2期。- K1 e7 s- u7 \, v
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