选择性非催化还原反应（SNCR）是目前我国水泥生产企业广泛采用的脱硝技术。通过将氨水、尿素等还原剂以一定速度喷入分解炉中合适的温度窗口，将烟气中的NOx还原为N2，从而降低NOx排放量。尽管几乎所有水泥生产线NOx排放浓度都能达到国家标准要求，但还原剂用量差别非常大，如国内t/d熟料生产线氨水用量从-L/h到-0L/h不等。还原剂用量不一、出口NOx浓度差异大，这除了与窑炉燃烧产生的初始NOx水平有关外，还与SNCR自身脱硝效率有更大关系。本文针对水泥窑炉SNCR反应机制进行探讨，以求降低还原剂用量，实现SNCR的优化运行。

1.还原剂与烟气中NOx的混合效果

对于任何气相化学反应，反应物之间混合情况直接影响反应速率。沃托兰廷、伯利休斯等研究表明，在还原剂喷入位置等条件相同时，水泥生产线规模越大，SNCR脱硝效率越低；原因在于规模越小的生产线设备尺寸越小，喷入的还原剂与烟气中NOx混合情况较好，脱硝效率较高，反之，脱硝效率较低。对于规模一定的生产线，还原剂与NOx的混合问题主要表现在以下两方面。

第一，喷入的氨水无法及时到达分解炉中心，只能与分解炉周边烟气中的NOx发生反应。本文作者曾利用CFD对某t/d生产线分解炉内燃烧与分解反应进行模拟，在此基础上对还原剂喷入分解炉后的颗粒轨迹进行计算分析，结果如图1所示，其中颜色越深表明颗粒运动时间越长。

图1还原剂喷入分解炉后的运动轨迹

如图1所示，虽然还原剂以20m/s的速度喷入分解炉，但迅速被炉内大量烟气带走，无法及时与分解炉中部大量烟气接触，导致分解炉边部还原剂浓度过高，而中部还原剂浓度过低，大大降低了SNCR脱硝效率。上述现象在水泥生产企业得到证实，如有些企业氨水喷枪损坏后，喷入的氨水雾化效果变差，但由于之前喷入的氨水与烟气中NOx混合情况就比较差（如图1所示），喷枪雾化效果变差并没有引起氨水用量的显著增加；另外，增加喷枪数量理论可以获得还原剂与烟气更好的混合效果，但实际应用表明增加喷枪并没有明显降低还原剂用量。与此同时，有些企业通过将位于分解炉出口的喷枪转移到C5预热器出口，由于此处烟气中NOx分布均匀且截面积较小，从而提高了SNCR脱硝效率。

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t/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。

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

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。

表1还原剂喷入位置截面不同部位NOx浓度平均值

位置

左前

左后

右前

右后

NOx浓度/ppm

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ppm。我们对某t/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。

未完待续！

更详细的内容请见《水泥》杂志，年第2期。

转载请注明:http://www.aideyishus.com/lkjg/128.html