SNCR反應機理
SNCR反應機理是向一定的溫度窗口區(qū)域噴射還原性物質，在一定溫度條件下還原已生成的NOx，從而降低NOx 的排放量。選擇性非催化還原法（SNCR），是在無催化劑存在條件下將NH3或尿素等還原劑氨或尿素噴入爐內與NOx進行選擇性反應，將NOx 還原為N2 和H2O。例如使用尿素作為還原劑時，噴入的尿素溶液迅速熱分解成NH3并與煙氣中的NOx進行SNCR反應生成N2，該方法是以爐膛為反應器。
研究發(fā)現(xiàn)，在爐膛800～1250℃的溫度范圍內、在無催化劑作用下，NH3或尿素等氨基還原劑可選擇性地還原煙氣中的NOx，基本上不與煙氣中的O2作用，據(jù)此發(fā)展了SNCR法。在800～1250℃范圍內，NH3或尿素還原NOx的主要反應為：
NH3為還原劑反應式為：4 NH3 + 4NO +O2 →4N2 + 6H2O
尿素為還原劑反應式為：
圖3-2 SNCR脫硝流程
不同還原劑有不同的反應溫度范圍，此溫度范圍稱為溫度窗。NH3的反應溫度區(qū)為850～1100℃。當反應溫度過高時，由于氨的分解會使NOx還原率降低，另一方面，反應溫度過低時，氨的逃逸增加，也會使NOx還原率降低。
在反應條件比較理想時（如CFB鍋爐煙氣流速相對較低，SNCR反應時間較長）SNCR煙氣脫硝技術的脫硝效率可超過60%，其脫硝效率受鍋爐結構尺寸影響較大。采用SNCR技術，目前的趨勢是用尿素代替氨作為還原劑。
SNCR系統(tǒng)煙氣脫硝過程由下面四個基本過程完成：
接收和儲存還原劑；
還原劑的計量輸出、與水混合稀釋；
在鍋爐合適位置注入稀釋后的還原劑；
還原劑與煙氣混合進行脫硝反應。
SNCR反應及氨逃逸產(chǎn)生及控制
根據(jù)化學反應方程，NH3/NOx摩爾比應該為1，但實際上都要比1大才能達到較理想的NOx還原率， NH3/NO摩爾比過大，雖然有利于NOx還原率增大，但氨逃逸加大又會造成新的問題，同時還增加了運行費用。隨著尿素溶液噴入量的增加，尿素溶液與煙氣的混合情況有所好轉，因此在高NH3/NO摩爾比值情況下取得了好的效果。在實際應用中考慮到NH3的泄漏問題，應選盡可能小的NH3/NO摩爾比值，同時為了保證NO還原率，要求必須采取措施強化尿素溶液與煙氣的混合過程。
為了提高SNCR對NOx的還原效率，降低氨的泄漏量，必須在設計階段重點考慮以下幾個關鍵的工藝參數(shù)：燃料類型、鍋爐負荷、爐膛結構、受熱面布置、過量空氣量、NO濃度、爐膛溫度分布、爐膛氣流分布以及CO濃度等，以減少氨逃逸量。
SNCR的優(yōu)點
與其它脫硝技術相比，SNCR技術具有以下優(yōu)點：
脫硝效果令人滿意：SNCR技術應用在燃煤鍋爐上，長期現(xiàn)場應用一般能夠達到30～50％的NOx脫除率；在小型鍋爐中，其脫硝效率為40～70％。
還原劑多樣易得：SNCR技術中脫除NOx的還原劑一般都是含氮的物質，包括氨、尿素、氰尿酸和各種銨鹽（醋酸銨、碳酸氫銨、氯化銨等），但，實際應用泛的是尿素。
無二次污染：SNCR技術是一項清潔的技術，沒有任何固體或液體的污染物或副產(chǎn)物生成，無二次污染。
經(jīng)濟性好：由于SNCR的反應是靠鍋爐內的高溫驅動的，不需要昂貴的催化劑系統(tǒng)，因此投資成本和運行成本較低。
系統(tǒng)簡單、施工時間短：SNCR技術最主要的系統(tǒng)就是還原劑的儲存系統(tǒng)和噴射系統(tǒng)，主要設備有儲罐、泵、噴槍和必要的管路、測控設備。由于設備簡單，SNCR技術的安裝期短，僅需10天左右停爐時間，小修期間即可完成爐膛施工。
SNCR技術不需要對鍋爐燃燒設備和受熱面進行改動，不需要改變鍋爐的常規(guī)運行方式，對鍋爐的主要運行參數(shù)不會有顯著影響。
還原劑的選擇
用于SNCR脫硝工藝常用的還原劑有尿素、液氨和氨水。
還原劑使用液氨，其優(yōu)點是脫硝系統(tǒng)儲罐容積較小，還原劑便宜；缺點是氨氣有毒、易燃易爆，儲存的安全防護要求高，需要經(jīng)相關消防安全部門審批才能大量儲存、使用；輸送管道也需要特別處理；需要配合能量很高的輸送氣才能取得一定的穿透效果，一般應用在小型鍋爐或焚燒爐。
還原劑使用氨水，氨水的有惡臭，揮發(fā)性和腐蝕性強，有一定的操作安全要求，但儲存、處理比液氨簡單；由于含有大量的稀釋水，儲存、輸送系統(tǒng)比液氨系統(tǒng)要復雜；噴射剛性、穿透能力比氨氣噴射好，但揮發(fā)性仍然比尿素溶液大，應用在墻式噴射器的時候仍然難以深入到大型爐膛的深部，因此一般應用在中小型鍋爐上。氨水SNCR的脫硝效率略高于尿素SNCR，使其不斷得到推廣應用。另外，由于氨水SNCR脫硝的反應溫度可低至800℃，在一些爐膛溫度較低鍋爐的應用也較多。
還原劑采用尿素，尿素不易燃燒和爆炸，無色無味，運輸、儲存、使用比較簡單安全；揮發(fā)性比氨水小，在爐膛中的穿透性好；效果相對較好，脫硝效率高，適合于各類鍋爐是SNCR脫硝工藝。
脫硝效果的主要影響因素
在SNCR技術設計和應用中，影響脫硝效果的主要因素包括：
反應溫度場
合適的溫度范圍內可以停留的時間
反應劑和煙氣混合的程度
未控制的NOx濃度水平
噴入的反應劑與未控制的NOx的摩爾比－NSR
氣氛（氧量、一氧化碳濃度）的影響
還原劑類型和狀態(tài)
因此，SNCR脫硝工藝必須在反應溫度場的選擇、還原劑選擇、稀釋水及霧化介質的選擇、以及工藝控制等方面得到保證，方能達到良好的脫硝效果。
模擬計算
SNCR脫硝系統(tǒng)利用爐膛作為反應器，其脫硝效率的主要影響因素為：反應溫度窗口、還原劑噴射量、還原劑與煙氣的混合程度、反應時間，這些主要因素的參數(shù)選擇都必須經(jīng)過計算機模擬運算獲得。計算機模擬運算包括：溫度場模擬、流場模擬、化學反應動力性模擬。我司脫硝工程的計算機模擬運算工作由“中國環(huán)境科學研究院大氣所”合作完成。主要工作內容如下：
現(xiàn)場測量鍋爐結構并收集運行數(shù)據(jù)，作為數(shù)值計算的初始條件；
選擇燃燒數(shù)學模型，設計模擬工況；
構建實體模型劃分模型網(wǎng)格；
基礎工況模擬分析與驗證；
流場及溫度場模擬結果分析；
噴嘴參數(shù)優(yōu)化位置確定；
化學反應動力學模擬分析；
SNCR脫硝效果模擬分析。
SNCR技術采用精準的流場分析技術，針對各種爐型不同的運行實況確定各關鍵參數(shù)的邊界條件，經(jīng)過詳細的CFD模擬和CKM計算，制定準確的工藝設計方案和布置。
SNCR霧化噴槍
霧化噴槍是SNCR脫硝系統(tǒng)的關鍵設備，一般由壓縮氣體系統(tǒng)、液體管路系統(tǒng)、霧化噴槍、噴槍保護套管組成。為了達到良好的脫硝效率，對于不同類型、容量的鍋爐，霧化噴槍的運行參數(shù)是不同的，其設計參數(shù)由計算機模擬確定。
經(jīng)過試驗研究、工程實踐已成功研發(fā)出一種對鍋爐煙氣SNCR脫硝系統(tǒng)適應性較好的霧化噴槍。該噴槍制造過程可以通過改變液體室、霧化室、噴嘴出口孔徑等參數(shù)，運行過程可控制液體、氣體的壓力等參數(shù)，從而實現(xiàn)良好的霧化效果（噴射角、噴射距離、霧化粒徑），以滿足脫硝系統(tǒng)所需。為了避免霧化噴槍運行過程出現(xiàn)液體直接接觸鍋爐水冷壁而引起爆管，增設了氣壓感應機械聯(lián)鎖裝置，當氣壓未能達到霧化要求時，噴槍自動停止液體的噴射，避免液體直接射向水冷壁。該噴射器結構簡單、造價低、無易耗品；霧化效果好，不產(chǎn)生液滴，對水冷壁沒有不良影響；霧化氣源可選擇壓縮空氣或過熱蒸汽。
