0引言

工業(yè)尾氣處理主要步驟是脫硝、脫硫和除塵，由于尾氣處理作為一個整體的系統(tǒng)，其煙氣流通過程中必然帶來污染物或者副產(chǎn)物的傳遞，為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，就必須減少尾氣處理過程中對煙氣的影響，根據(jù)尾氣處理中污染物的處理原理和玻璃熔窯煙氣的特性，脫硝反應(yīng)主要受溫度、風(fēng)速和噴氨量決定。為了不影響脫硫和除塵，就必須對脫硝過程及其副產(chǎn)物嚴(yán)格控制。

1溫度

（1）還原反應(yīng)

玻璃窯爐尾氣脫硝主要是采用噴氨，氨水或液氨均可，主要反應(yīng)物是NH3作為還原劑，在溫度為300~400℃的范圍內(nèi)，還原NOx的化學(xué)反應(yīng)方程式主要為：

（2）氧化反應(yīng)

當(dāng)溫度高于400℃，會發(fā)生氧化反應(yīng)，此時NOx的還原反應(yīng)受到抑制。

（3）副產(chǎn)物硫酸氫銨

SCR反應(yīng)器出口的氣相主體硫酸氫銨的凝結(jié)溫度為270~320℃。

硫酸氫銨具有黏性，與煙氣中的粉塵顆粒黏附在催化劑表面或者孔隙中，不易吹掃，造成催化劑部位壓差增加，催化劑表面活性降低。若具有黏附性的粉塵顆粒隨著煙氣進(jìn)入煙道，會吸附于煙道表面，腐蝕煙道設(shè)備，更嚴(yán)重的情況會對脫硫設(shè)備表面造成侵蝕，影響脫硫效果。

氣態(tài)下的硫酸氫銨的凝結(jié)溫度為270~320℃，因此，V2O5催化劑的最低運(yùn)行溫度不應(yīng)低于硫酸氫銨凝結(jié)的最低溫度，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，一般運(yùn)行溫度超過320℃，但是理論上一般不低于280℃即可。

（4）溫度對氮氧化物脫除率的影響

噴氨系統(tǒng)采用液氨或者氨水稀釋后與壓縮空氣混合噴射，相較于煙道溫度，氨水和壓縮空氣溫度偏低會對煙道整體溫度產(chǎn)生影響，一般玻璃窯爐脫硝入口溫度為380～400℃，氨水和壓縮空氣在滿負(fù)荷噴射情況下，按照煙氣比例進(jìn)行混合，對煙道整體溫度影響不大，一般情況下會使煙道整體溫度降低約3℃。

SCR反應(yīng)過程中，氮氧化物的脫除率與溫度有關(guān)（圖1），但在溫度為373℃、氨氮摩爾比為1、空速比25×10-3Nm3/（g˙h）條件下，氮氧化物的脫除率與氮氧化物的濃度沒有直接的關(guān)系（圖2），氧含量大于1時對氮氧化物脫除率的影響比較小（圖3）。本文研究的是玻璃窯，氧含量一般大于6%，此處的氧含量是參與化學(xué)反應(yīng)的氧氣，與漏風(fēng)率沒有關(guān)系，也不涉及煙氣體積、壓強(qiáng)、溫度等變化。

圖1溫度對氮氧化物脫除率影響

圖2氮氧化物濃度對氮氧化物脫除率影響

圖3氧含量對氮氧化物脫除率影響

（5）結(jié)論

V2O5催化劑的活性主要集中在340~380℃，SCR脫硝反應(yīng)效率達(dá)到最高約90%；氨水和壓縮空氣對煙道煙氣造成一定影響，再加上環(huán)境溫度與漏風(fēng)率；整體溫度會降低約4℃。因此提出SCR脫硝反應(yīng)器進(jìn)口溫度應(yīng)集中在350~390℃。

2SO2/SO3轉(zhuǎn)化率變化

為了實(shí)現(xiàn)SO2/SO3轉(zhuǎn)化率控制在1%之內(nèi)，把氨逃逸控制在3×10-6，控制催化劑V2O5的比例，這樣能有效控制硫酸氫銨的產(chǎn)生。

在400℃左右，催化劑的催化效率比較高，SO2/SO3平衡轉(zhuǎn)化率大于99%，此時O2、SO2、SO3含量達(dá)到一個化學(xué)平衡狀態(tài)，沒有其他化學(xué)反應(yīng)參與的情況下，其含量基本不變，如果噴氨量過大，會發(fā)生公式（7）反應(yīng)，造成SO3含量降低，化學(xué)平衡將會打破，SO2轉(zhuǎn)化SO3速度加快，式（7）反應(yīng)會持續(xù)進(jìn)行，硫酸氫銨大量產(chǎn)生，會給管道和后期脫硫、布袋除塵造成大量黏性粉塵，降低煙氣治理能力。

3NH3/NO摩爾比

根據(jù)煙氣中NO和NO2的含量，氨氮反應(yīng)主要是按照以下公式進(jìn)行：

根據(jù)式（8）和式（9），可以判斷出氨氮摩爾比為1:1，在NH3/NOx摩爾比大于1時，隨NH3/NOx摩爾比增加，脫硝效率提高明顯；NH3投入量超過需要量會產(chǎn)生氨逃逸，因此理論上把NH3/NOx摩爾比控制在1左右，見圖4。

圖4化學(xué)計(jì)量比與脫硝率和NH3逸出量的關(guān)系

實(shí)際應(yīng)用中，氨氮摩爾比在1:1基礎(chǔ)上，氨氮反應(yīng)存在以下問題：

（1）氨氮比的均勻性，氨和煙氣混合不均勻，進(jìn)入催化劑前截面氨濃度分布偏差不理想也同樣會影響脫硝效率進(jìn)而影響氨逃逸，氨氮比偏差在10%之內(nèi)對脫硝效率影響不大，如圖5所示。

圖5脫硝效率隨氨氮摩爾比偏差的變化

（2）脫硝效率隨著氨氮比的增大而升高，但是達(dá)到一定程度后脫硝效率增長變緩，氨逃逸增多。如圖6所示。

圖6氨逃逸隨氨氮摩爾比偏差的變化

（3）氨的工程脫硝反應(yīng)效率為0.8左右

①脫硝效率受催化劑活性影響，溫度影響催化劑活性；

②脫硝效率隨著煙氣量的增大而降低，煙氣量越大，單位空間內(nèi)煙氣流動速度越快，煙氣與催化劑接觸反應(yīng)時間越短，造成脫硝效率降低；

③煙氣分布越均勻脫硝效率越高，煙氣分布流動完全均勻工況較不均勻工況能夠提高脫硝效率約2.5%，因此加裝導(dǎo)流板有助于提高脫硫效率。

（4）副產(chǎn)物等化學(xué)反應(yīng)影響。

終上所述，理論上的氨氮摩爾比與實(shí)際應(yīng)用存在一定的差異，為了在氨逃逸和脫硝效率之間實(shí)現(xiàn)平衡，根據(jù)以下理論計(jì)算：①理論氨氮摩爾比1∶1；②實(shí)際氨脫硝效率0.8。

由①②得出實(shí)際反應(yīng)的氨氮摩爾比是0.8∶1，為了實(shí)現(xiàn)理論上1∶1的氨氮摩爾比，必須給氨增加余量，即實(shí)際氨氮摩爾比K，得出：0.8K＝1，K為10∶8。

4煙氣在催化劑中的停留時間

停留時間是影響脫硝效率的主要因素，在選擇性催化還原劑的作用下，NOx與NH3接觸時間直接影響反應(yīng)的效率，如圖7，在氨氮摩爾比為1的情況下，停留時間與催化劑接觸時間增大，有利于反應(yīng)氣在催化劑微孔內(nèi)擴(kuò)散、吸附、反應(yīng)和產(chǎn)生新的氣體，這些副產(chǎn)物氣體由充分的時間在催化劑內(nèi)在此被分離擴(kuò)散，管道風(fēng)帶出脫硝塔，催化劑重新接受新的反應(yīng)氣，如此循環(huán)。

圖7停留時間與脫硝率關(guān)系

如圖7所示，煙氣在催化劑中停留時間在0.2-0.3s為佳，而催化劑的長度、截面積等都會影響煙氣停留時間，因此在實(shí)際應(yīng)用中，調(diào)節(jié)煙氣流速是系統(tǒng)性工程。

當(dāng)反應(yīng)氣與催化劑接觸時間過長，管道風(fēng)不足或者催化劑量過大，在此過程中SO2/SO3實(shí)現(xiàn)動態(tài)反應(yīng)平衡，多余的NH3在催化劑環(huán)境中，與SO3和O2反應(yīng)，生成NH4HSO4或者N2O的概率大大增加，不僅耗費(fèi)反應(yīng)氣，而且會造成副產(chǎn)物大量增加，不利于整個脫硝過程和后期除塵。

5結(jié)語

通過以上理論分析，影響玻璃窯爐尾氣脫硝的主要影響要素是溫度、噴氨量和煙氣流速，從而避免SO2/SO3轉(zhuǎn)化率失衡，減少NH4HSO4等副產(chǎn)物的產(chǎn)生，在實(shí)際工程應(yīng)用中，重點(diǎn)控制以下幾個方面：

（1）SCR脫硝反應(yīng)器進(jìn)口溫度應(yīng)集中在350~390℃；

（2）工程應(yīng)用中氨氮摩爾比應(yīng)大于1：1.且不大于10:8；

（3）煙氣在SCR催化劑中停留時間控制在0.2~0.3s。柴油發(fā)電機(jī)組