SNCR 脫硝技術在玻纖窯爐廢氣處理中的應用

靳志森

（河北冀中新材料有限公司，河北 邢臺 054000）

0 引 言

隨著我國經濟的快速增長，氮氧化物排放總量逐年遞增，廢氣脫硝工藝技術更新迭代加快，但污染形勢依然十分嚴峻。氮氧化物作為玻纖池窯主要尾氣排放物，除本身的化學和生物毒性以外，也是形成酸雨的重要原因。氮氧化物作為我國一系列大氣問題根源之一，既是污染物總量控制指標之一，同時要求濃度限值排放。

京津冀及周邊地區一度是我國大氣污染最為嚴重的區域，河北省政府先后出臺了《美麗河北建設行動方案》、《河北省深入實施大氣污染物綜合治理十條措施》等一些列政策文件，有效推動了工業脫硝設施升級改造。隨著《平板玻璃工業大氣污染物超低排放標準》（DB13/2168-2020） 實施，對河北省內玻璃行業的NOx 排放量進行規定，排放量限制為200 mg/m3，省內工業窯爐脫硝裝置的改造和升級成為必然趨勢。

在玻纖生產中，玻纖窯爐是熔化玻璃液的主要設備，目前大多數玻纖公司窯爐的燃料為天然氣并采用純氧助燃，氧氣純度在94%左右，在燃燒過程中不可避免的產生NOx，NOx 主要組成為NO 和NO2，玻纖窯爐廢氣中的NO 占到NOx 的90%以上。當地政府對環境保護越來越重視，對企業外排NOx 的濃度標準排放總量越來越低，企業須建設廢氣脫硝設施及其配套脫硝工藝，減少NOx 排放，以達到國家的環保標準，從而保證企業的可持續健康發展。

1 SCR 和SNCR 兩種脫硝技術原理及工藝異同

目前燃燒產生的廢氣的NOx 脫除技術主要為SCR 脫硝技術或SNCR 脫硝技術，其次是二者聯合使用的脫硝技術，但由于此種方法投資較大，采用相對較少。

SNCR（選擇性非催化還原法） 和SCR（選擇性催化還原法） 都是將還原性物質氨水、尿素等霧化噴入煙道與NOx 發生還原反應，生成N2和H2O。兩者的區別在于是否使用催化劑，而催化劑在反應前后物質量不發生變化，僅是改變反應條件。在NOx 被還原過程中，催化劑將SNCR 的反應溫度窗口由850-1 100 ℃降低到300-420 ℃。以尿素作為還原劑為例，主要化學反應方程式為：

以上是采用尿素作為還原劑的脫硝反應，下面是采用氨氣或氨水作為還原劑在合適條件下發生的脫硝化學反應方程式：

從兩種反應結果可以看出，最終的生成物都是氮氣和水，這兩種物質均不會對大氣造成二次污染。在爐窯煙氣中常常伴隨著SO2和H2O 存在，還原性物質同時會發生以下副反應：

下面將這兩種脫硝工藝的異同點進行比較，見表1。

表1 SCR 與SNCR 異同比較Table 1 Comparison of similarities and differences between SCR and SNCR

2 窯爐氮氧化物產生

燃燒天然氣爐窯產生的NOx 主要來源于三個方面：一是原料型NOx：含氮原料在熔制過程中發生分解反應產生氮氧化物；二是高溫型NOx：窯爐結構漏入的空氣進入窯爐高溫空間產生氮氧化物；三是燃料型NOx：助燃純氧中帶入的氮氣在燒槍出口與氧氣發生化學反應產生氮氧化物。

進入窯爐空氣中的氮氣和助燃純氧中含的小部分氮氣在高溫狀態下氧化而成，因為所用氧氣純度在92%左右，其余為4%的氮氣和4%的氬氣，NOx的生成過程是一個不分支連鎖反應，高溫下總的生成反應式為：

有資料表明，在溫度低于1 227 ℃情況下，上述反應速度緩慢，產生的NOx 很少，在溫度高于1 227 ℃情況下，反應速度隨著溫度升高而升高，且主要按照第一個反應式進行，產生大量的NO，生成量與溫度、時間的試驗數據見表2。

表2 不同溫度條件下NO 生成時間及濃度Table 2 NO generation time and concentration under different temperature conditions

表2 表明，NOx 的生成時間、數量和溫度相關，玻纖窯爐內的空間溫度在1 550 ℃--1 600 ℃之間，產生大量的NOx，主要組成為NO。玻纖窯爐中氮氧化物主要來源于高溫型NOx。

3 控制玻纖窯爐NOx 的方法

控制窯爐NOx 的方法有兩種，一種是燃燒過程中控制NOx，減少其生成量。第二種是采用技術措施來減少已生成的NOx，降低NOx 排放，這屬于煙氣脫硝技術范疇，主要技術包括直接催化分解、選擇性催化還原、選擇性非催化還原等。

燃燒過程控制NOx 的方法，主要是減少NOx的生成量，一是加強窯爐的密封和窯爐內保持正壓，減少進入窯爐的空氣，減少NOx 的生成量；二是在保證熔制玻璃液質量的前提下，盡可能的降低窯爐空間溫度，減少NOx 的生成量；三是盡可能用高純度氧氣，減少氧氣中的含氮量，減少NOx的生成量；四是各燃燒器采用不同的氧燃比，降低過氧量在一個低水平運行；五是采用分級燃燒器，在燃燒器周圍形成弱還原性氣氛，減少氮氧化物生成量。

煙氣脫硝的方法，分別是選擇性催化還原法脫硝技術（SCR） 和選擇性非催化還原法脫硝技術（SNCR），此外還有一種是臭氧脫硝技術，目前正在試驗階段，尚未成功。

選擇性催化還原法脫硝技術（SCR），該技術原理是將還原劑（氨氣、氨水或尿素） 噴入300 ～420℃的煙氣中，一起通過有催化劑填充的脫硝反應器中，催化劑多層放置，在催化劑的催化作用下，采用氨氣或氨水為還原劑的煙氣中發生如下反應：

采用尿素為還原劑的發生如下反應：

在上述溫度下，在催化劑作用下才能發生上述反應，通過以上反應達到去除NOx，減少NOx 的排放。這項技術最大的問題是催化劑的堵塞和中毒。造成催化劑堵塞的原因是煙氣中的SO2反應生成的硫酸氫銨和揮發到煙氣中附著在催化劑蜂窩的原料。煙塵中的堿金屬（Na+、K+） 與催化劑中的活性位發生結合，造成催化劑中毒失活。催化劑需要定期更換，其成本占整個脫硝成本的40%左右，更換下催化劑作為危險廢物，其貯存、處置需要與專業公司簽訂協議進行方可處理。在玻纖窯爐廢氣處理中采用這項技術，為了延長催化劑的使用壽命，必須在進脫硝反應器前加裝高溫除塵器，去除廢氣中的塵，以避免催化劑的堵塞和中毒。高溫除塵器的采購成本和維護成本都較高，在滿足該項技術的使用條件情況下，脫硝效率穩定在80%以上，目前有些企業采用這項技術進行廢氣脫硝處理，但運行成本確實很高，因此并沒有得到大范圍推廣。

選擇性非催化還原法脫硝技術（SNCR），該技術原理是將還原劑（氨氣、氨水、尿素溶液） 噴入850 ～1 100 ℃的煙氣中，在沒有催化劑的情況下，也會發生和SCR 脫硝技術一樣的化學反應，從而減少NOx 的排放。該項技術優勢是：一是設備投資小，工藝流程簡單。整個系統僅需要還原劑貯存、控制系統、還原劑霧化噴射系統即可，利用金屬換熱器或者煙道完成脫硝過程，無需增加高溫除塵器、脫硝塔等設備，設備投資較SCR 降低約3/4。二是系統運行維護成本低。與SCR 脫硝發相比，脫硝使用的還原劑用量基本相同，區別是少了高溫除塵器的布袋支出、脫硝塔前降溫用電支出以及潛在的熱能浪費。非催化還原法脫硝最大問題是脫硝效率不穩定，大約在50%左右。脫硝效率不穩定的原因是因為影響脫硝效率的因素較多，一是還原劑噴入點的位置和溫度范圍；二是還原劑的類型；三是如何控制適當的NH3/NO 摩爾比；四是還原劑能否和煙氣充分混合以及合適的反應時間；五是煙氣中含氧量的影響。以上這些因素的變化都會對脫硝效率產生影響，這就是造成脫硝效率不穩定的原因。但由于該脫硝技術投資低、運行成本低，將以上影響因素有效控制后，脫硝效率會有較大的提高。因此企業的窯爐脫硝工藝也采用這項技術，控制較好同時取得了不錯的脫硝效率，滿足環保要求。

這兩種脫硝技術各有優缺點，企業根據自己公司的實際情況選用適合自己的脫硝技術，并且有個別企業還采用這兩種工藝聯合的脫硝工藝，也就是先采用SNCR，之后再采用SCR，取得了較好的脫硝效果，但是投資和運行成本較高，大多數企業一般采用一種，也能滿足政府環保要求的排放標準。

4 結 語

國家對大氣主要污染物NOx 的排放控制越來越嚴格，這就對眾多的玻纖生產企業是一個嚴峻的挑戰，煙氣SNCR 脫硝技術與采用燃燒過程中脫硝相結合，可以有效減少NOx 的排放，達到環境保護排放要求。