SNCR脫硝技術(shù)在某水泥廠脫硝工程應(yīng)用

　　國家在“十二五”發(fā)展規(guī)劃中明確指出水泥行業(yè)是NOx減排的重點(diǎn)行業(yè)，確定在“十二五”期間降低水泥行業(yè)NOx排放量12%，水泥行業(yè)脫硝形勢十分嚴(yán)峻。

　　我國水泥產(chǎn)量已連續(xù)多年位居世界首位，擁有水泥企業(yè)近5000家，2011年水泥產(chǎn)量達(dá)20.6億噸，占了世界總產(chǎn)量一半左右，其中新型干法水泥產(chǎn)量比例達(dá)到85%以上。新型干法是水泥行業(yè)NOx的主要來源，其氮氧化物排放濃度在300～2200 mg/m³（標(biāo)況）。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2010年我國水泥行業(yè)NOx的排放量為170萬噸，2012年預(yù)計(jì)可達(dá)200萬噸左右，約占全國排放總量的10%，將成為電力行業(yè)之后的第二大NOx排放行業(yè)。

　　SNCR脫硝技術(shù)在在國外水泥爐窯脫硝得到了廣泛應(yīng)用，被認(rèn)為是目前可用于水泥工業(yè)的最好技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)高達(dá)85%以上的脫硝效率。因此成熟的SNCR脫硝技術(shù)在我國水泥行業(yè)應(yīng)用推廣，將極大推動(dòng)我國水泥行業(yè)脫硝進(jìn)展，以實(shí)現(xiàn)水泥行業(yè)“十二五”脫硝消減控制目標(biāo)。

　　本文對某水泥生產(chǎn)線進(jìn)行了SNCR脫硝工程測試，來考察不同的噴射位置、覆蓋范圍、NSR、以及溫度等因素對SNCR脫硝效率的影響，以獲得工業(yè)設(shè)計(jì)參數(shù)。

　　1.測試設(shè)備

　　為了使用與維護(hù)的簡單便捷，本測試系統(tǒng)按照工業(yè)化的要求進(jìn)行組裝，SNCR系統(tǒng)各個(gè)部件集成為五大模塊，與現(xiàn)有工業(yè)鍋爐SNCR脫硝相似，主要包括氨水罐及供應(yīng)模塊、稀釋水模塊、計(jì)量混合模塊、噴射模塊和控制模塊五部分。

　　氨水罐及供應(yīng)模塊實(shí)現(xiàn)氨水儲存與供應(yīng)，稀釋水模塊提供稀釋水，兩者量由鍋爐運(yùn)行情況和NOx排放情況決定，然后一起進(jìn)入計(jì)量混合模塊，計(jì)量混合模塊將混合好的氨水溶液計(jì)量配送到噴射模塊的各支噴槍，最后由噴槍噴入煙道實(shí)現(xiàn)脫硝。

　　2. 測試方案

　　本次測試考察主要是考察不同噴射位置、還原劑覆蓋面積以及溫度對脫硝效率的影響，具體如下；

　　2.1旋風(fēng)分離器（C5）出口

　　旋風(fēng)分離器（C5）出口溫度為900℃左右，圖2給出了旋風(fēng)分離器（C5）出口的布排方式。在如圖所示，通過設(shè)計(jì)噴槍噴射方式，在旋風(fēng)分離器（C5）出口設(shè)計(jì)了2種覆蓋面積的布排方式，C1覆蓋面積為占75%-80%，C2覆蓋面積為占90%-95%。

　　2.2回轉(zhuǎn)窯出口

　　回轉(zhuǎn)窯出口溫度約為1050℃，圖3給出了旋轉(zhuǎn)窯出口的布排方式。在如圖所示，通過設(shè)計(jì)噴槍的噴射方式，在旋轉(zhuǎn)窯出口設(shè)計(jì)了3種覆蓋面積的布排方式，K1覆蓋面積為占75%-80%，K2覆蓋面積為占90%-95%，K3覆蓋面積為占95%-99%。

　　3. 結(jié)果與分析

　　3.1旋風(fēng)分離器出口測試結(jié)果

　　由上圖可知，729l/h的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%氨水溶液能使NOx濃度從1280 mg/Nm³降低到400 mg/Nm³以下，脫硝效率達(dá)到70%以上，NSR為1.43，但是NSR與NOx脫除率的曲線曲率及氨利用率(AUF)只有55%左右，而覆蓋面積也只占75%-80%。

　　由于改進(jìn)后的噴槍流量比原先有所增加，因此整個(gè)測試質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%氨水溶液流量增加到最大931l/h，NOx濃度從1280 mg/Nm³降低到200 mg/Nm³以下，覆蓋面積約占90%-95%，NSR為1.65。與C1相比，C2雖然覆蓋面積明顯增加，但是氨利用率(AUF)沒變，這說明氨利用率與覆蓋面積無關(guān)，可能與溫度有關(guān)。

　　3.2回轉(zhuǎn)窯出口測試結(jié)果

　　由上圖可知，475l/h的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%氨水溶液能使NOx濃度從980 mg/Nm³降低到200 mg/Nm³以下，脫硝效率達(dá)到82%以上，NSR為1.48，覆蓋面積約占85%-90%，脫硝效果非常好，甚至可以認(rèn)為提高覆蓋面積可以將NOx濃度降低到更低。氨利用率(AUF)提高到67%左右，但是在脫硝效率70%-80%時(shí)，曲線曲率及氨利用率(AUF)急劇減小，脫硝效率達(dá)到88%時(shí)NSR為2.0，原因可能是在這一點(diǎn)覆蓋面積內(nèi)的氨使用已經(jīng)飽和，后續(xù)消減是由于后來噴入的氨經(jīng)過混合脫除剩余的10%-15%面積中的NOx。因此，在氨利用率(AUF)急劇下降后繼續(xù)增大氨水的用量可能造成氨逃逸過大。

　　由上圖可知，與K1相比，K2覆蓋面積有所提高，效果有所提高，478l/h的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%氨水溶液能使NOx濃度從1040 mg/Nm³降低到200 mg/Nm³以下，脫硝效率達(dá)到86%以上，NSR為1.48，覆蓋面積約占90%。氨利用率(AUF)也從67%提高到70%，是由于2#與3#噴入?yún)^(qū)域靠近生料，生料分解導(dǎo)致溫度降低，而K2相比K1，將一處噴入點(diǎn)移離到溫度較高的區(qū)域?qū)е掳崩寐?AUF)提高。但是氨利用率曲線曲率在80%-90%區(qū)間急劇減小，脫硝效率達(dá)到88%時(shí)NSR為1.7，原因與K1相同，由于K2覆蓋面積提高因此曲率的轉(zhuǎn)折點(diǎn)也相應(yīng)提高。

　　由圖6與圖7對比可知，K3與K2結(jié)果非常相似，在400l/h以上的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%氨水溶液能使NOx濃度從1040 mg/Nm³降低到200 mg/Nm³以下，覆蓋面積提高到95%，但是氨利用率(AUF)略有下降，氨利用率曲線更加線性，可能是因?yàn)镵3的測試條件比較穩(wěn)定，以及K3比K2、K1更好的覆蓋范圍。氨利用率曲線曲率同樣在80%-90%區(qū)間急劇減小，脫硝效率達(dá)到86%時(shí)NSR為1.5，曲率的轉(zhuǎn)折點(diǎn)沒有提高的原因可能是K2的覆蓋范圍已經(jīng)足夠，剩余面積完全可由氣體混合來實(shí)現(xiàn)脫硝目的，因此K3的覆蓋面積雖然提高但是沒有明顯作用。

　　4. 總結(jié)

　　通過上述結(jié)果的分析，可以得到以下結(jié)論：

　?。?）一定范圍內(nèi)提高覆蓋面積，能夠提高脫硝效率，但是達(dá)到一定量后，并沒有明顯的效果；

　?。?）氨利用率與覆蓋面積沒有關(guān)系，與溫度有直接關(guān)系并隨著溫度（一定范圍以內(nèi)）升高而提高，隨著NSR增大氨達(dá)到飽和后而降低；

　?。?）氨利用率過高，容易出現(xiàn)氨飽和使氨利用率急劇下降，如果繼續(xù)增大氨用量來提高脫硝效率，容易形成較高的氨逃逸。

　　因此，面對不同的SNCR脫硝工程，應(yīng)選擇適合的覆蓋面積、NSR和溫度，以達(dá)到最經(jīng)濟(jì)實(shí)用。