SNCR脫硝技術在水泥窯爐中的應用探索

　　一、水泥脫硝行業(yè)動態(tài)概述

　　脫硝是“十二五”期間，我國大氣環(huán)保治理的重點。其中，素來被冠以“高能耗、高污染”的水泥行業(yè)必定被要求轉變發(fā)展方式、調整結構、節(jié)能減排和可持續(xù)發(fā)展的重要突破方向。根據國發(fā)[2011]26號即《國務院關于印發(fā)“十二五”節(jié)能減排綜合性工作方案的通知》及《關于水泥工業(yè)節(jié)能減排的指導意見》精神，要求在“十二五”末，水泥工業(yè)的氮氧化物排放量在2009年的基礎上降低25%。《國家環(huán)境保護“十二五”規(guī)劃》中也明確提出“新型干法水泥窯要進行低氮燃燒技術改造，新建水泥生產線要安裝效率不低于60％的脫硝設施”。GB4915-2004《水泥工業(yè)大氣污染物排放標準》的修訂工作也在進行中。

　　至2011年的統(tǒng)計數據，我國有水泥生產線1513條，許多技術性能并不先進的水泥生產線排放的氮氧化物濃度或總量遠遠沒有達到政策形勢的要求。水泥行業(yè)應強制脫硝是必然，但鑒于當前的經濟態(tài)勢或水泥價格行情，以及脫硝需要較大的資金投入及增加運行成本，水泥生產企業(yè)的脫硝資金和運行成本上升壓力也是制約該行業(yè)脫硝迅速展開不利因素。

　　國外水泥脫硝業(yè)績以SNCR居多，據介紹，至2010年，歐洲建成的水泥脫硝裝置中，SNCR為70條，SCR僅兩條，說明SNCR工藝仍是水泥脫硝的主流工藝。我國與歐日美的水泥排放標準比較見下表1：

　　目前，浙江省各地的水泥窯爐脫硝都采用SNCR脫硝，在國家新的水泥工業(yè)大氣排放標準出臺前，過渡性地設定NO_X排放指標為300~350mg/Nm³，已有浙江上峰水泥2500t/d、浙江江山水泥2500t/d等多條水泥窯爐進行了SNCR脫硝改造。

　　二、浙江上峰水泥SNCR脫硝項目簡介

　　為響應浙江省諸暨市“十二五”期間主要污染物減排工作的實施，浙江浙大海元環(huán)境科技有限公司于7月27日與浙江上峰集團簽訂了2500t/d水泥窯爐SNCR脫硝總承包建設合同。丹麥flow-vision公司對此項目進行了技術支持，并提供了部分設備。工程于9月1日開工，10月25日進入熱態(tài)調試及試運行，調試結果說明，系統(tǒng)可連續(xù)穩(wěn)定運行，性能達到設計要求。

　　2.1設計及性能保證參數

　　2.2 SNCR脫硝工藝流程

　　本工程采用外購20%（wt）的氨水溶液作為還原劑。

　　在850℃~1050℃溫度條件下，氨可選擇性地還原煙氣中的NO、NO₂，基本上不與煙氣中的氧作用。NH₃ 還原NOx 的主要反應為：

　　4NH₃ + 4NO + O₂  →  4 N₂ + 6 H₂O

　　4NH₃ + 2NO₂ + O₂  →  3 N₂ + 6 H₂O

　　2.3 SNCR脫硝系統(tǒng)配置

　　SNCR系統(tǒng)主要由氨水儲存系統(tǒng)、氨水輸送給料系統(tǒng)、計量分配系統(tǒng)、噴射系統(tǒng)、控制系統(tǒng)五部分組成。工藝流程見下圖1：

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　　氨水儲罐材料為不銹鋼304，氨水輸送給料泵冗余配置，并通過穩(wěn)定調節(jié)系統(tǒng)自動控制保證噴槍入口處壓力的穩(wěn)定。氨水溶液管道、閥門選用不銹鋼材質。氨水箱及氨水輸送泵見下圖2：

　　氨水霧化用壓縮空氣調節(jié)系統(tǒng)及氨水調節(jié)計量系統(tǒng)的精密儀表都集成在儀表箱內，以提高運行穩(wěn)定性和延長儀表使用壽命。計量控制箱見下圖3：

圖3  氨水計量控制模塊

　　根據對分解爐后段不同部位煙氣的溫度測試，結合CFD數值模擬結果，確定噴槍布置在分解爐出口煙道上，正常運行時溫度范圍880℃~920℃，設置5~8支高性能雙流SNCR脫硝專用噴槍。噴槍布置及氨水雙流霧化效果照片見下圖4和圖5：

　　鑒于分解爐出口的粉塵濃度高、煙氣溫度高的惡劣環(huán)境，采取了以下措施以防止噴嘴磨損：（1）保護套管與噴嘴間及保護套管爐與壁澆筑料表面的安裝方式；（2）只要噴槍未解鎖抽出，噴嘴霧化用壓縮空氣不允許關閉。[Page]

　　2.4調試及試運行

　　本工程于2012年10月25日開始進行脫硝熱態(tài)調試，水泥窯爐負荷穩(wěn)定，平均日產水泥量2900t/d，分解爐出口的煙氣溫度為880℃~920℃，基本在最佳脫硝反應溫度窗口，分解爐出口煙氣中NO₂濃度（干態(tài)、10%O₂）為630 mg/Nm³，且數據比較穩(wěn)定，調試期間其它運行數據參見下表3：

　　調試運行期間，因負荷較高，運行連續(xù)穩(wěn)定，調試工作較為順利，期間特別對以下影響關系進行了調試驗證、優(yōu)化：

　　1)霧化用壓縮空氣壓力變化對霧化效果的影響；

　　2)對運行工況條件下，霧化用壓縮空氣壓力變化對還原劑穿透力的影響；

　　3)霧化用壓縮空氣壓力變化對還原劑流量的影響；

　　4)脫硝對水泥品質的影響；

　　5)脫硝對水泥窯爐熱效率的影響；

　　6)還原劑量調整與脫硝效率及氨逃逸濃度的關系。

　　在入口NO₂濃度（干態(tài)、10%O₂）為630 mg/Nm³，氨逃逸濃度達標連續(xù)達標排放，出口NO₂濃度≤300 mg/Nm³，可經濟地、連續(xù)地達到脫硝效率≥65%。

　　2.5 存在的問題

　　1. NH₃逃逸監(jiān)測儀裝置布置C1高濃度粉塵的煙氣環(huán)境中，對NH₃逃逸裝置的穩(wěn)定性影響較大，系統(tǒng)中采用設備是某進口品牌產品，運行數據不穩(wěn)定，有待解決；

　　2. 在熱態(tài)工況下，壓縮空氣和氨水流量的最佳配比將有待進一步優(yōu)化調整，以期在最少氨用量條件下保證系統(tǒng)的脫硝效率；

　　3. NO_X和余氨排放達標前提下，脫硝裝置運行成本還需對系統(tǒng)進行長期運行數據積累進行測算，驗證對水泥爐窯采用SNCR技術真實成本。

　　2.6結論

　　1. 水泥爐窯中噴氨窗口煙氣溫度分布均勻，溫差小，有利于在850℃~1050℃溫度窗口進行脫硝反應，通過調試優(yōu)化，系統(tǒng)在滿負荷連續(xù)運行達到65%的脫硝效率是可行的。

　　2.隨著國家水泥行業(yè)NO_X 排放控制要求的日益嚴格和環(huán)保標準的提高， SNCR 技術由于其投資成本低，工程建設周期短，運行成本相對合理，環(huán)境效益高，是當前水泥脫硝主流技術值得大規(guī)模推廣。