0引言

工業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，其煙氣流通過程中必然帶來污染物或者副產物的傳遞，為了實現系統穩定運行，就必須減少尾氣處理過程中對煙氣的影響，根據尾氣處理中污染物的處理原理和玻璃熔窯煙氣的特性，脫硝反應主要受溫度、風速和噴氨量決定。為了不影響脫硫和除塵，就必須對脫硝過程及其副產物嚴格控制。

1溫度

（1）還原反應

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

（2）氧化反應

當溫度高于400℃，會發生氧化反應，此時NOx的還原反應受到抑制。

（3）副產物硫酸氫銨

SCR反應器出口的氣相主體硫酸氫銨的凝結溫度為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入煙道，會吸附于煙道表面，腐蝕煙道設備，更嚴重的情況會對脫硫設備表面造成侵蝕，影響脫硫效果。

氣態下的硫酸氫銨的凝結溫度為270~320℃，因此，V2O5催化劑的最低運行溫度不應低于硫酸氫銨凝結的最低溫度，在實際生產過程中，一般運行溫度超過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荷噴射情況下，按照煙氣比例進行混合，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反應過程中，氮氧化物的脫除率與溫度有關（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反應的氧氣，與漏風率沒有關系，也不涉及煙氣體積、壓強、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）結論

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

2SO2/SO3轉化率變化

為了實現SO2/SO3轉化率控制在1%之內，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生。

在400℃左右，催化劑的催化效率比較高，SO2/SO3平衡轉化率大于99%，此時O2、SO2、SO3含量達到一個化學平衡狀態，沒有其他化學反應參與的情況下，其含量基本不變，如果噴氨量過大，會發生公式（7）反應，造成SO3含量降低，化學平衡將會打破，SO2轉化SO3速度加快，式（7）反應會持續進行，硫酸氫銨大量產生，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

根據煙氣中NO和NO2的含量，氨氮反應主要是按照以下公式進行：

根據式（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化學計量比與脫硝率和NH3逸出量的關系

實際應用中，氨氮摩爾比在1:1基礎上，氨氮反應存在以下問題：

（1）氨氮比的均勻性，氨和煙氣混合不均勻，進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而影響氨逃逸，氨氮比偏差在10%之內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，單位空間內煙氣流動速度越快，煙氣與催化劑接觸反應時間越短，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%，因此加裝導流板有助于提高脫硫效率。

（4）副產物等化學反應影響。

終上所述，理論上的氨氮摩爾比與實際應用存在一定的差異，為了在氨逃逸和脫硝效率之間實現平衡，根據以下理論計算：①理論氨氮摩爾比1∶1；②實際氨脫硝效率0.8。

由①②得出實際反應的氨氮摩爾比是0.8∶1，為了實現理論上1∶1的氨氮摩爾比，必須給氨增加余量，即實際氨氮摩爾比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，有利于反應氣在催化劑微孔內擴散、吸附、反應和產生新的氣體，這些副產物氣體由充分的時間在催化劑內在此被分離擴散，管道風帶出脫硝塔，催化劑重新接受新的反應氣，如此循環。

圖7停留時間與脫硝率關系

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，因此在實際應用中，調節煙氣流速是系統性工程。

當反應氣與催化劑接觸時間過長，管道風不足或者催化劑量過大，在此過程中SO2/SO3實現動態反應平衡，多余的NH3在催化劑環境中，與SO3和O2反應，生成NH4HSO4或者N2O的概率大大增加，不僅耗費反應氣，而且會造成副產物大量增加，不利于整個脫硝過程和后期除塵。

5結語

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轉化率失衡，減少NH4HSO4等副產物的產生，在實際工程應用中，重點控制以下幾個方面：

（1）SCR脫硝反應器進口溫度應集中在350~390℃；

（2）工程應用中氨氮摩爾比應大于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。柴油發電機組