SNCR脫硝技術(shù)在水泥窯爐中的應(yīng)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(zhuǎn)變發(fā)展方式、調(diào)整結(jié)構(gòu)、節(jié)能減排和可持續(xù)發(fā)展的重要突破方向。根據(jù)國發(fā)[2011]26號即《國務(wù)院關(guān)于印發(fā)“十二五”節(jié)能減排綜合性工作方案的通知》及《關(guān)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(chǔ)上降低25%?！秶噎h(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(shù)改造，新建水泥生產(chǎn)線要安裝效率不低于60％的脫硝設(shè)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(shù)據(jù)，我國有水泥生產(chǎn)線1513條，許多技術(shù)性能并不先進的水泥生產(chǎn)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(yīng)強制脫硝是必然，但鑒于當前的經(jīng)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(chǎn)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(jù)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(shè)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(yīng)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(shè)合同。丹麥flow-vision公司對此項目進行了技術(shù)支持，并提供了部分設(shè)備。工程于9月1日開工，10月25日進入熱態(tài)調(diào)試及試運行，調(diào)試結(jié)果說明，系統(tǒng)可連續(xù)穩(wěn)定運行，性能達到設(shè)計要求。

　　2.1設(shè)計及性能保證參數(shù)

　　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(yīng)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(diào)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(zhì)。氨水箱及氨水輸送泵見下圖2：

　　氨水霧化用壓縮空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)及氨水調(diào)節(jié)計量系統(tǒng)的精密儀表都集成在儀表箱內(nèi)，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(jù)對分解爐后段不同部位煙氣的溫度測試，結(jié)合CFD數(shù)值模擬結(jié)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(shè)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(guān)閉。[Page]

　　2.4調(diào)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(diào)試，水泥窯爐負荷穩(wěn)定，平均日產(chǎn)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(yīng)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(shù)據(jù)比較穩(wěn)定，調(diào)試期間其它運行數(shù)據(jù)參見下表3：

　　調(diào)試運行期間，因負荷較高，運行連續(xù)穩(wěn)定，調(diào)試工作較為順利，期間特別對以下影響關(guān)系進行了調(diào)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(zhì)的影響；

　　5)脫硝對水泥窯爐熱效率的影響；

　　6)還原劑量調(diào)整與脫硝效率及氨逃逸濃度的關(guān)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(jīng)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(shè)備是某進口品牌產(chǎn)品，運行數(shù)據(jù)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(diào)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(shù)據(jù)積累進行測算，驗證對水泥爐窯采用SNCR技術(shù)真實成本。

　　2.6結(jié)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(yīng)，通過調(diào)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(shù)由于其投資成本低，工程建設(shè)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(shù)值得大規(guī)模推廣。