【工业界CFD】链篦机SNCR烟气脱硝——脱个锤子？

在咱看来，球团烟气处理中的链篦机SNCR脱硝技术从提出来就带着点病！

很多技术人员表示，我们好几个现场就采用了SNCR脱硝技术，在链篦机头部设置了氨水或者尿素喷枪。

但是效果怎么样？究竟能脱吗？

SNCR（Selective non-catalytic reduction, 选择性非催化还原）的应用源自中小型燃煤锅炉或循环流化床锅炉尾部烟气脱硝。采用的还原剂是尿素或者约20%的氨水，喷在合适的温度段进行脱硝，工艺相对简单。

电力行业SNCR脱硝喷枪布置流场优化

（一）SNCR脱硝影响因素有哪些？

（二）链篦机烟气成分有啥独特之处？

以往针对SNCR的研究基本都是热能领域搞燃煤烟气治理的学者，燃煤烟气中的O2含量通常在3%-6%之间，超过这个范围的研究被认为是没有太大意义，因为工程中没有应用场景。

说巧不巧，从回转窑出来的烟气组分就是个例，氧含量高达15~17.5%。

链篦机烟风循环系统我们在上一篇文章中介绍过，错过的小伙伴下次蹲坑的时候可以扒过来看看，下面是链接。

球团工艺上要求烟气具有较高氧含量以实现对链篦机上移动的生球物料的加热氧化，达到一定的强度和硬度。

现场测试数据表明，链篦机头部（回转窑出口）烟气氧含量约为15~17.5%之间。下图是链篦机各风箱出口氧浓度含量图。[彭坤乾.带式焙烧机球团控制NOx 和含氧量探索研究与应用[J]. 烧结球团.2022]

（三）链篦机SNCR脱硝研究进展

问题就来了，这么高的氧含量下，采用SNCR能脱掉NOx吗？

能，但是从上面SNCR脱硝效率影响因素图中可以看出来，O2浓度对脱硝效率影响较大，反应温度为950℃，氨氮摩尔比为1.0的情况下，氧含量从3%升高到12%，对应的SNCR脱硝效率从85%降到了40%以下。

很可惜，现有的针对球团链篦机SNCR脱硝的研究文献似乎都在回避这个问题，咱没有找到12%-18%氧含量下SNCR脱硝效率的相关研究数据。脱硝效率具体能降到多少，咱不好乱说。国内有研究条件的高校老师们可以测测，因为这是工程实践中提出的一个具有现实意义的问题，有研究价值。

当然，咱也在看到国内有些学者的研究表明链篦机SNCR能取得较好的脱硝效果，并且表示在3%-11%之间，脱硝效率基本不受O2含量的影响。这个结论和以往燃煤烟气领域的研究结论相悖，咱从感情上难以接受。在下不才，本着学习的态度对这些数据提出些许质疑，直接贴出前辈大佬们的文章和数据。（事先声明哈：以下文章研究是比较有深度的，有很多可取之处，咱一个小学生认知也比较有限，水平不够，所以才有了这些疑问，大家感兴趣可以拜读一下原文。）

中钢的小伙伴也通过数值模拟优化了SNCR喷枪布置位置。不过有可能没有考虑SNCR化学反应机理，烟气参数设置介绍中“氧含量大于2%时，对脱硝效率影响不大”的说法我也不敢认同。

首钢的工作人员也对120万吨球团SNCR脱硝应用实践进行了分享[李海明.关于首钢球团120万t生产线降低氮氧化物的实践应用[J].矿业工程.2022]。从运行参数摸索，证明球团一系列SNCR辅助喷氨量控制在100kg/h以下，窑尾温度控制在930 ℃左右，SNCR脱硝率能够达到35％左右。

这组数据其实是较为可信的，但是这个并没有从理论上严格证明确实是SNCR的作用，咱不清楚的地方有两点：第一，窑尾温度一般出来都是1050℃或者更高，是如何控制到930℃的？通过降低回转窑头部燃烧器的燃烧强度吗？如果是这样的话，NOx浓度下降会不会是因为燃烧温度降低，热力型和燃料型NOx生成的本来就少了，造成SNCR脱硝效率提高的假象？毕竟[叶恒棣.链箅机-回转窑球团NOx超低排放技术研究[J].烧结球团.2020]研究表明NOx 质量浓度与窑尾温度成正相关变化趋势。第二，从工艺角度来讲，窑尾部温度可以随便改吗？会不会影响预热二段生球的干燥和氧化强度？我好像听说从预热二段抽点高温风出来都很敏感，生怕影响产线生产效率。

这个咱不懂啊，因为咱打听过几个现场，怀疑SNCR真实脱硝效果，所以俺瞎猜的。

（四）SNCR脱硝反应机理简述

根据SNCR脱硝化学反应机理，在有O2的条件下，SNCR过程是一个NH3还原NO与NH3被氧化相竞争的过程。简言之，喷入链篦机内的NH3到底是跟NO反应生成N2，还是跟O2反应生成NO，这是一个博弈。两步竞争反应机理描述如下：[李明磊,循环流化床锅炉SNCR反应机理与脱硝特性数值模拟[J].洁净煤技术,2018.]  

（五）链篦机SNCR脱硝效率模拟预测

从以往的这些研究结果来看，链篦机SNCR应该是有效果的，但是它的脱硝反应温度区间可能更窄一些。根据以上所有关于链篦机SNCR应用的介绍，合适的温度段不是850-1150℃，而是严格的900-950℃之间（可能是由于O2含量太高造成的）。

为初步验证上述猜测，咱采用SNCR简化两步竞争反应机理结合某项目的SNCR喷枪在不同烟温下（800-1150℃）的脱硝效率进行了模拟研究分析。烟气组分中氧含量15.4%、H2O含量1.5%、NOx为560 ppm，开启喷枪后的氨氮摩尔比约为0.3。

1、950℃脱硝效率最高，达到23%；

2、低于850℃后，脱硝效率只有8%，有75%的NH3没有发生反应；

3、高于1050℃后，脱硝反应和NH3的氧化反应同时发生，但NH3氧化速率已接近NO还原速率。NH3完全反应，但是NO脱除率只有8%；

4、温度在1150℃时，NOx反而增加6.7%，NH3完全反应，说明NH3全被氧化了。

为了证明烟气氧含量过高导致脱硝反应温度窗被压缩的很窄，咱又对1050℃的工况进行了低氧含量的对比分析，在相同条件下，将氧含量从15.4%降低到5.4%之后，NH3完全反应， NO脱除率从8%升高到17.5%。说明链篦机SNCR对温度窗要求极为苛刻。

从模拟结果来看，最佳反应温度应该处于900-1000之间的更小区间内，但是我接触到的球团链篦机机头位置的排烟温度基本都在1080℃或者更高。在氧浓度较低（小于5%）的工况下，1050℃尚能取得较好的SNCR脱硝效果，但是对于链篦机，氧浓度大于15%，如果把SNCR设置在这个温度范围内，恐怕很大比例的NH3被氧化耗尽了，设置导致NO不降反增。

（六）链篦机SNCR脱硝提效建议

建议就是一个，想方设法把氨水喷枪设置在900-950之间，万不可高于1050℃（尿素喷枪需要进一步探讨，我还没深究）。

具体改进方法分情况：

1、如果能调整窑尾烟气温度，就把温度控制在950℃左右，这样的话，将喷枪设置在链篦机窑头应该能取得较好的脱硝效果，喷枪位置优化好了预计脱硝效率能达到个40%左右。但是工艺上是否允许所有工况的窑尾排烟温度在900-950℃呢？生产负荷变化对窑尾温度影响有多大？这个我没有拿到相关数据，不好评估。这也是为什么咱在开头说“链篦机SNCR脱硝技术从提出来就带点病”的原因。

此温度段不建议盲目增加氨氮摩尔比，因为虽然NH3还原NOx的速度高于NH3氧化速度，整体表现为有一定的脱硝能力，但是氨消耗太大了，不经济。

3、 如果窑尾温度高于1150℃，且降不下来，就别考虑SNCR了。

4、 如果窑尾温度低于850℃，可以考虑在这里喷氨，即使NH3没有参与SNCR反应，逃逸的NH3也可以通过后面的SCR装置来脱除，只是SCR喷氨控制会变得比较复杂。后面没有SCR或采用臭氧脱硝的也别考虑SNCR了。

目前适用于链篦机烟气特点的SNCR脱硝技术还得继续研究，国内科研机构的老师们抓紧啊。哎，光会软件、不懂工艺、不在领域内深耕、不结合现场，是搞不好工程仿真优化的！

以上内容是“球团烟气处理中的CFD技术应用”系类内容介绍中的第二篇。本系列全部内容规划如下，对工业界CFD工程技术应用感兴趣的小伙伴可点左上方蓝色字体持续关注我。

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