一种sncr-scr联合烟气脱硝系统工艺的设计方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及化工领域，尤其是涉及一种SNCR-SCR联合烟气脱硝系统工艺的设计方 法。
【背景技术】
[0002] 燃煤电厂、危险废物焚烧处理、矿物质冶炼过程中排放的烟气中含有大量的氮氧 化物(NOx)，氮氧化物在一定条件下可以氨气发生化学反应，生成对环境无污染的氮气和 水。SNCR和SCR技术都是采用氨或尿素等作还原剂，将其水溶液利用喷嘴喷入烟气中，与烟 气中的氮氧化物发生选择性还原反应，产物是不污染环境的氮气和水。两种技术的反应温 度不同，根据Muzio、Miller等学者的研究，SNCR不使用催化剂，反应窗在1000°C左右，然而 SCR因为有催化剂的参与，将反应窗温度降低到了240°C~380°C，并提高了反应效率。
[0003] 采用单一的SNCR工艺，其安装成本较低，其特点是存在氨逃逸的问题，脱硝效率越 高氨逃逸的问题越显著，将氨逃逸控制在lOppm以下时，脱硝效率往往不超过40%，适用于 中小型锅炉或排放要求不高的地区的烟气脱硝处理。而SCR工艺在脱硝效率达到90%的同 时还可以将氨逃逸率控制在3ppm以下，缺点是安装成本高，结构较为复杂，多种因素可能会 导致催化剂中毒，影响脱硝工作的进行，普遍使用于大型锅炉脱硝处理。
[0004] SNCR-SCR联合脱硝工艺并非直接将SNCR与SCR工艺组合，尽管也是通过串联的形 式连接而成，但是其工作机理和直接串联是有区别的。它是将SNCR技术投入成本少、SCR技 术效率高的优点集中在一起进而发展出来的一种新型烟气脱硝工艺。提高SNCR部分的还原 剂流率，提高SNCR工艺的脱硝效率。经SNCR工艺初步处理后的烟气氮氧化物浓度显著降低， 减少了 SCR反应器的压力，可以适当减小催化剂的尺寸，降低催化剂堵塞、中毒的概率，降低 因催化剂更换的成本。逃逸的氨在SCR反应器的催化剂表面与氮氧化物发生化学反应，将氮 氧化物的浓度降低到限排标准，同时达到控制氨逃逸的目的。
【发明内容】
[0005] 本发明目的在于提供一种SNCR-SCR联合烟气脱硝系统工艺的设计方法，用以提高 中小型锅炉的脱硝效率，同时减小SCR催化剂的尺寸，降低催化剂中毒的概率，降低投入成 本。
[0006] 为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：
[0007] 本方案所涉及的烟气脱硝装置包括SNCR反应区和SCR反应区，SNCR反应区设置在 锅炉炉膛内，反应温度在875-1150°C之间，安装有喷枪组，喷枪的雾化喷嘴的位置与炉膛的 水冷壁等高。还原剂选用的含氨溶液可以为液氨、氨水、尿素溶液。SCR反应区设置在锅炉烟 道内，内部包括催化剂层。
[0008] 本发明提供的一种SNCR-SCR联合烟气脱硝系统工艺的设计方法，包括如下步骤：
[0009] (1)建立SNCR-SCR联合脱硝工艺的还原剂体积流率计算以及催化剂体积计算的数 学模型；
[0010] (2)通过测量仪器测量得到烟气中的NOx的浓度信息、烟气的流量和烟气的温度信 息；
[0011] (3)结合测量得到的信息和数学模型计算得出还原剂体积流率和催化剂体积；
[0012] 所述数学模型中，还原剂体积流率u的计算公式为：
[0013]
[0014] 其中，P为还原剂溶液的密度，Μ为还原剂的摩尔质量，Mnqx为烟气中NOx的平均摩尔 质量，q为锅炉的烟气量，η，为NOx的去除率，^皿^，为烟气中的NOx的浓度，ASR为还原剂与 NOx的实际化学当量比；
[0015] 所述数学模型中，催化剂体积Vratalyst的计算公式为：
[001 6] Vcatalyst - 〇 X qsCR X Hadj X S1 lPadj X NOxadj X Tadj ~I1SCR
[0017] 其中，α为调整系数，经验取值范围为2.5^ 3.0,也可根据实验数据拟合得到具 体数值，qsGR为SCR反应器中烟气量，为调整脱硝效率，si ipadj为调整氨逃逸率，N0xadj为 调整NOx浓度，Tad j为调整温度，nseR为SCR反应器数量。
[0018] 作为优选，所述还原剂与NOx的实际化学当量比ASR = mSR，NSR为还原剂与NOx的 化学当量比，
'β为经验参数，1 3。
[0019] 作为优选，所述调整脱硝效率ruj为ι^ = 〇·2809+(1.058 X_x);所述调整氨逃逸 率slipadj为slipadj = 1 · 2835-(0 · 0568 X slip)，其中slip为理论氨逃逸率slip = ASR-〇 .8; 所述调整NOx浓度N0xadj为N0xadj = 0 · 1542+(0 · 3208 XNOxin);所述调整温度为1^ = 15.16_ (0 · 03937 X T) + (2 · 74 X 10-5 X T2)，T为入口处烟气温度，单位为。F。
[0020] 作为优选，所述SCR反应器数量的计算公式为
％烟气的流动 速率，通过流量计测得，或根据公式
：十算得到，q_i为燃料体积流量，Τ 为入口处烟气温度，n' seR为反应器预设个数。
[0021] 有益效果:本发明通过建立合理的"SNCR-SCR联合脱硝工艺"数学模型，来求解含 氨还原剂的体积流率和设计催化剂的体积，能够提高中小型锅炉的脱硝效率，减小SCR催化 剂的尺寸，降低催化剂中毒的概率，降低投入成本。
【附图说明】 图1为本发明的方法流程图。
【具体实施方式】
[0022] 下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明 而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价 形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
[0023]本发明实施例公开的一种SNCR-SCR联合烟气脱硝系统工艺的设计方法，主要包含 SNCR和SCR反应两个部分的工艺参数设计，分别在SNCR部分建立求解还原剂体积流率的数 学模型，通过计算获得还原剂体积流率的理论值;在SCR部分，计算催化剂体积的理论值。为 SNCR-SCR联合烟气脱硝系统的设计，提供理论依据和参考。
[0024] 如图1所示，本发明的工艺设计方法主要包括:首先，建立SNCR-SCR联合脱硝工艺 的还原剂体积流率计算以及催化剂体积计算的数学模型;然后通过测量仪器测量得到烟气 中的NOx的浓度信息、烟气的流量和烟气的温度信息；最后结合测量得到的信息和数学模 型计算得出还原剂体积流率和催化剂体积。
[0025] 一、SNCR还原剂的体积流率设计
[0026]还原剂的体积流率u(g/h): m
[0027] υ = -ρ Q)
[0028] 式中:ρ-还原剂溶液的密度，g/L;(密度可由密度计直接测量得到）
[0029] m一还原剂喷入量，g/h。
[0030] 还原剂喷入量m:
[0031]
[0032] 式中:Μ-还原剂的摩尔质量，kg/mol;
[0033] Mnqx-NOx的平均摩尔质量，kg/mol;(使用氮氧化物分析仪，得到结果根据烟气中 N〇、N〇2等的含量进行估算）
[0034] q-锅炉的烟气量;单位Nm3/h。（烟气流量计测量可得）