玻璃窑炉尾气脱硝影响要素分析

0

引言工业尾气处理主要步骤是脱硝、脱硫和除尘，由于尾气处理作为一个整体的系统，其烟气流通过程中必然带来污染物或者副产物的传递，为了实现系统稳定运行，就必须减少尾气处理过程中对烟气的影响，根据尾气处理中污染物的处理原理和玻璃熔窑烟气的特性，脱硝反应主要受温度、风速和喷氨量决定。为了不影响脱硫和除尘，就必须对脱硝过程及其副产物严格控制。

1温度（1）还原反应玻璃窑炉尾气脱硝主要是采用喷氨，氨水或液氨均可，主要反应物是NH3作为还原剂，在温度为300~400℃的范围内，还原NOx的化学反应方程式主要为：（2）氧化反应当温度高于400℃，会发生氧化反应，此时NOx的还原反应受到抑制。（3）副产物硫酸氢铵SCR反应器出口的气相主体硫酸氢铵的凝结温度为270~320℃。硫酸氢铵具有黏性，与烟气中的粉尘颗粒黏附在催化剂表面或者孔隙中，不易吹扫，造成催化剂部位压差增加，催化剂表面活性降低。若具有黏附性的粉尘颗粒随着烟气进入烟道，会吸附于烟道表面，腐蚀烟道设备，更严重的情况会对脱硫设备表面造成侵蚀，影响脱硫效果。气态下的硫酸氢铵的凝结温度为270~320℃，因此，V2O5催化剂的最低运行温度不应低于硫酸氢铵凝结的最低温度，在实际生产过程中，一般运行温度超过320℃，但是理论上一般不低于280℃即可。（4）温度对氮氧化物脱除率的影响喷氨系统采用液氨或者氨水稀释后与压缩空气混合喷射，相较于烟道温度，氨水和压缩空气温度偏低会对烟道整体温度产生影响，一般玻璃窑炉脱硝入口温度为380～400℃，氨水和压缩空气在满负荷喷射情况下，按照烟气比例进行混合，对烟道整体温度影响不大，一般情况下会使烟道整体温度降低约3℃。SCR反应过程中，氮氧化物的脱除率与温度有关（图1），但在温度为373℃、氨氮摩尔比为1、空速比25×10-3

Nm3/（g·h）条件下，氮氧化物的脱除率与氮氧化物的浓度没有直接的关系（图2），氧含量大于1时对氮氧化物脱除率的影响比较小（图3）。本文研究的是玻璃窑，氧含量一般大于6%，此处的氧含量是参与化学反应的氧气，与漏风率没有关系，也不涉及烟气体积、压强、温度等变化。图1温度对氮氧化物脱除率影响图2氮氧化物浓度对氮氧化物脱除率影响图3氧含量对氮氧化物脱除率影响（5）结论V2O5催化剂的活性主要集中在340~380℃，SCR脱硝反应效率达到最高约90%；氨水和压缩空气对烟道烟气造成一定影响，再加上环境温度与漏风率；整体温度会降低约4℃。因此提出SCR脱硝反应器进口温度应集中在350~390℃。

2SO2/SO3转化率变化为了实现SO2/SO3转化率控制在1%之内，把氨逃逸控制在3×10-6，控制催化剂V2O5的比例，这样能有效控制硫酸氢铵的产生。在400℃左右，催化剂的催化效率比较高，SO2/SO3平衡转化率大于99%，此时O2、SO2、SO3含量达到一个化学平衡状态，没有其他化学反应参与的情况下，其含量基本不变，如果喷氨量过大，会发生公式（7）反应，造成SO3含量降低，化学平衡将会打破，SO2转化SO3速度加快，式（7）反应会持续进行，硫酸氢铵大量产生，会给管道和后期脱硫、布袋除尘造成大量黏性粉尘，降低烟气治理能力。

3NH3/NO摩尔比根据烟气中NO和NO2的含量，氨氮反应主要是按照以下公式进行：根据式（8）和式（9），可以判断出氨氮摩尔比为1:1，在NH3

/NOx

摩尔比大于1时，随NH3

/NOx摩尔比增加，脱硝效率提高明显；NH3

投入量超过需要量会产生氨逃逸，因此理论上把NH3

/NOx

摩尔比控制在1左右，见图4。图4化学计量比与脱硝率和NH3逸出量的关系实际应用中，氨氮摩尔比在1:1基础上，氨氮反应存在以下问题：（1）氨氮比的均匀性，氨和烟气混合不均匀，进入催化剂前截面氨浓度分布偏差不理想也同样会影响脱硝效率进而影响氨逃逸，氨氮比偏差在10%之内对脱硝效率影响不大，如图5所示。图5脱硝效率随氨氮摩尔比偏差的变化（2）脱硝效率随着氨氮比的增大而升高，但是达到一定程度后脱硝效率增长变缓，氨逃逸增多。如图6所示。图6氨逃逸随氨氮摩尔比偏差的变化（3）氨的工程脱硝反应效率为0.8左右①脱硝效率受催化剂活性影响，温度影响催化剂活性；②脱硝效率随着烟气量的增大而降低，烟气量越大，单位空间内烟气流动速度越快，烟气与催化剂接触反应时间越短，造成脱硝效率降低；③烟气分布越均匀脱硝效率越高，烟气分布流动完全均匀工况较不均匀工况能够提高脱硝效率约2.5%，因此加装导流板有助于提高脱硫效率。（4）副产物等化学反应影响。终上所述，理论上的氨氮摩尔比与实际应用存在一定的差异，为了在氨逃逸和脱硝效率之间实现平衡，根据以下理论计算：①理论氨氮摩尔比1∶1；②实际氨脱硝效率0.8。由①②得出实际反应的氨氮摩尔比是0.8∶1，为了实现理论上1∶1的氨氮摩尔比，必须给氨增加余量，即实际氨氮摩尔比K，得出：0.8

K＝1，K为10∶8。

4烟气在催化剂中的停留时间停留时间是影响脱硝效率的主要因素，在选择性催化还原剂的作用下，NOx与NH3接触时间直接影响反应的效率，如图7，在氨氮摩尔比为1的情况下，停留时间与催化剂接触时间增大，有利于反应气在催化剂微孔内扩散、吸附、反应和产生新的气体，这些副产物气体由充分的时间在催化剂内在此被分离扩散，管道风带出脱硝塔，催化剂重新接受新的反应气，如此循环。图7停留时间与脱硝率关系如图7所示，烟气在催化剂中停留时间在0.2-0.3s为佳，而催化剂的长度、截面积等都会影响烟气停留时间，因此在实际应用中，调节烟气流速是系统性工程。当反应气与催化剂接触时间过长，管道风不足或者催化剂量过大，在此过程中SO2/SO3实现动态反应平衡，多余的NH3在催化剂环境中，与SO3和O2反应，生成NH4HSO4或者N2O的概率大大增加，不仅耗费反应气，而且会造成副产物大量增加，不利于整个脱硝过程和后期除尘。5

结语通过以上理论分析，影响玻璃窑炉尾气脱硝的主要影响要素是温度、喷氨量和烟气流速，从而避免SO2/SO