SNCR煙氣脫硝技術(shù)在水泥行業(yè)的應(yīng)用

  引言

  水泥工業(yè)是繼電力、機動車之后的氮氧化物第三大排放源,按照國家"十二五"規(guī)劃要求,我國氮氧化物排放將在"十二五"時期下降10%,水泥工業(yè)脫硝工作勢在必行。國家環(huán)保部也明確指出水泥企業(yè)要推進氮氧化物減排,走綠色發(fā)展的新型工業(yè)化道路,為響應(yīng)此號召,目前已有數(shù)家環(huán)保企業(yè)率先啟動了水泥線氮氧化物減排工作,例如浙江衢州巨泰建材有限公司水泥生產(chǎn)線的進口脫硝實驗裝置、江蘇科行的寧夏平羅恒達水泥有限公司2500t/d水泥生產(chǎn)線和陜西聲威建材有限公司2500t/d水泥生產(chǎn)線兩個工程等。這些企業(yè)無一例外的共同選擇了SNCR作為水泥行業(yè)氮氧化物減排的關(guān)鍵技術(shù)。由此看來SNCR技術(shù)將成為我國水泥企業(yè)氮氧化物減排率先采用的低成本達標排放技術(shù)方案。通過歐洲水泥線氮氧化物減排實踐證明,SNCR技術(shù)可以將水泥窯氮氧化物含量降低到500mg/Nm3以下。下表是意大利水泥集團SNCR處理后的煙氣分析參數(shù):

 

瞬時值

(10%O2;干態(tài))

30分鐘平均

(10%O2;干態(tài))

24小時平均值

(10%O2;干態(tài))

NOX

426 mg/Nm3

413cmg/Nm3

419 mg/Nm3

HCl

2.75 mg/Nm3

2.84 mg/Nm3

4.03 mg/Nm3

HF

0.00 mg/Nm3

0.00 mg/Nm3

0.02 mg/Nm3

TOC

6.01 mg/Nm3

5.99 mg/Nm3

5.86 mg/Nm3

SO2

0.00 mg/Nm3

0.84 mg/Nm3

3.04 mg/Nm3

CO

102 mg/Nm3

101 mg/Nm3

102 mg/Nm3

粉塵

0.23mg

0.22mg

0.26mg

  SNCR技術(shù)可以大幅度降低水泥窯氮氧化物排放量,但是需要良好的工藝設(shè)計為基礎(chǔ),本文將從幾個影響SNCR脫硝效率的因素上分析。

  1)不同脫硝劑的選擇

  尿素和氨水對于SNCR來說具有不同的脫硝要求,氨水的反應(yīng)更直接,有著高效的去除率、較低氨逃逸和較高的化學(xué)反應(yīng)效率;尿素反應(yīng)更復(fù)雜,會形成笑氣、較高的氨逃逸和較高的CO形成。具體情況見圖1

  圖1  氨水-尿素SNCR系統(tǒng)比較

  由此可見,理論狀態(tài)下,氨水的最高脫硝效率可達到87%,尿素的最高脫硝效率約為81%,實際狀況下,正常的SNCR脫硝系統(tǒng)可達到的脫硝效率約為60%,尿素和氨水都是可供選擇的方案。

  1)不同脫硝還原劑濃度對脫硝效率的影響

  還原劑濃度的不同也是影響脫硝效率的關(guān)鍵因素之一,圖2列出了3種不同濃度尿素溶液的脫硝效率,正常情況下,最佳的尿素溶液濃度為5%左右,應(yīng)用于水泥行業(yè),考慮到熱耗的影響,正常選擇8~10%。

  圖2  不同濃度尿素溶液對脫硝效率的影響

  1)不同脫硝溫度對脫硝效率的影響

  氮氧化物還原反應(yīng)發(fā)生在一個特定的溫度范圍,稱之為溫度窗,溫度窗的選擇是非常重要的。較低的溫度條件下,易產(chǎn)生較高的氨逃逸率;在較高的溫度下,NH3又會發(fā)生分解,產(chǎn)生新的NOx。理論情況下,氨水的最佳反應(yīng)溫度為856℃,尿素溶液的最佳反應(yīng)溫度為893℃。具體影響見圖3。

  圖3  不同溫度下二種還原劑脫硝效率比較

  1)不同脫硝效率下對還原劑消耗量的影響

  NSR是評價脫硝運行成本中物料消耗的重要指標。NSR是Normalized Stoichiometric Ratio的縮寫,意為理論氨氮當量比。對于以尿素為還原劑來說:

  一般來說,典型的NSR在0.5-3之間。由圖3中可以看出,脫硝效率隨著NSR值的增長而增長,當NSR超過2以后,脫硝效率就不會有明顯的增長。以15%尿素溶液為例,NSR在1~2.0之間變化時,脫硝率由65%增加大84%,脫硝效率增加明顯,因為還原劑濃度增加,會使反應(yīng)進行的更加充分,使還原劑還原NO的幾率增大,提高脫硝效率。當NSR在2.0~2.5之間變化時,脫硝效率由84%增加大89%,NSR對脫硝效率的影響變小。隨著NSR的增加,反應(yīng)逐漸趨于飽和。

  圖4  不同NSR對脫硝效率的影響

  5)反應(yīng)不同反應(yīng)時間對脫硝效率的影響

  在還原劑離開溫度窗口前SNCR的整個過程必須完成,這樣才能達到理想的脫硝效果。這些過程包括:

 ?。?)從噴槍中射出的溶液與煙氣的混合

  (2)尿素溶液中水的蒸發(fā)

 ?。?)尿素中分解出NH3

 ?。?)NH3再分解為NH2以及自由基

 ?。?)NOx與NH2的反應(yīng)

  所以說,延長還原劑在溫度窗口下的停留時間脫硝反應(yīng)就會更加充分。若想獲得理想的脫硝效率,還原劑的停留時間至少需要0.5秒。

  圖5  不同反應(yīng)時間對脫硝效率的影響

  由此可見,SNCR脫硝時間應(yīng)控制在0.5秒以上。噴槍的布置必須考慮此因素的影響,否則將會待會高的氨逃逸。

  以上這些方面都是影響脫硝效率的關(guān)鍵因素,但也不限于此,還有諸如爐型、礦化劑、煤質(zhì)等影響因素。對于當前的中國水泥行業(yè)來講,氮氧化物減排勢在必行,選擇合適的最佳可行性技術(shù)方案對企業(yè)的穩(wěn)定長期運行起到關(guān)鍵的影響。SNCR作為技術(shù)成熟,運行最為廣泛的水泥行業(yè)脫硝技術(shù),不失為一種可供選擇的優(yōu)秀技術(shù)。但是由于中國水泥行業(yè)的影響巨大,特別是發(fā)達地區(qū)對環(huán)保要求的不斷提高,更加嚴厲的標準將相繼出臺。我們還需要開發(fā)出更加優(yōu)異的諸如高溫除塵技術(shù)和低溫催化劑技術(shù)水泥行業(yè)脫硝方案。

  第一作者簡介:陳學(xué)功(1975年出生),男,本科,工程師,建材機械和工商管理專業(yè)。

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