方芳

（銅陵市環(huán)境監(jiān)測中心站，安徽銅陵244000）

SNCR技術(shù)在水泥窯煙氣脫硝中的應(yīng)用

方芳

（銅陵市環(huán)境監(jiān)測中心站，安徽銅陵244000）

通過對比分析水泥窯脫硝技術(shù)并結(jié)合我國具體國情，探討出適合我國的水泥窯脫硝技術(shù)—SNCR技支。闡述了SNCR技術(shù)的原理、特點(diǎn)、工藝、減排效益；并通過SNCR在水泥窯煙氣脫硝中的實(shí)際應(yīng)用情況、監(jiān)測數(shù)據(jù)、減排效益等，為我國水泥行業(yè)氮氧化物減排治理工作提供參考。

SNCR技術(shù)；氮氧化物（NOX）、煙氣脫硝、水泥窯

氮氧化物（NOX）是大氣主要污染源之一，主要包括NO、NO2、N2O、N2O3、N2O4、N2O5等。NOX對人、動植物具有極大危害性。當(dāng)空氣中的NOX含量達(dá)100～150ppm時(shí)，人在達(dá)0.5-1h內(nèi)就會引起肺水腫而死亡；當(dāng)空氣中NOX含量2.5ppm時(shí)，豆類及西紅柿葉子在7h后就變成白色。NOX也是形成酸雨、酸霧、化學(xué)煙的原因之一。

目前我國NOX的排放量與歐、美等發(fā)達(dá)國家相比處于較高的水平，現(xiàn)已成為世界NOX排放大國。從2008年《大氣污染防治法（修訂草案）》將NOX作為重要治理領(lǐng)域后，我國對NOX控制日趨重視。

在NOX工業(yè)源排放中，全國水泥行業(yè)約占排放總量的10%左右，僅次于電力和機(jī)動車尾氣排放，位居第三位，因此水泥行業(yè)NOX減排在我國NOX總量控制中占有很多重要地位。水泥行業(yè)低NOx排放控制技術(shù)主要有低氮燃燒技術(shù)和煙氣脫硝技術(shù)，其效能情況如表1。

綜合上述，根據(jù)“技術(shù)先進(jìn)、工藝成熟、經(jīng)濟(jì)合理”的選擇原則，選擇性非催化還原（SNCR）煙氣脫硝技術(shù)可達(dá)到確保在較低運(yùn)行成本的狀態(tài)下，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)NOx減排目標(biāo)。

1.SNCR技術(shù)的原理

SNCR是Select None-Catalytic Reduction的簡稱，全稱：選擇性非催化還原。其基本原理是：將氨水（入罐質(zhì)量濃度20%-25%，入爐質(zhì)量濃度10%-15%）通過霧化噴射系統(tǒng)直接噴入分解爐合適溫度區(qū)域，霧化后的氨與NOX（NO、NO2等混合物）進(jìn)行選擇性非催化還原反應(yīng)，將NOX轉(zhuǎn)化成無污染的N2和水。氨水噴入點(diǎn)的位置至關(guān)重要，當(dāng)噴入點(diǎn)的溫度過低時(shí)，脫硝反應(yīng)效率會降低；當(dāng)噴入點(diǎn)的溫度過高時(shí)，氨會直接被高溫氧化成N2和NO，最終也會影響脫硝反應(yīng)效率。因此為了提高脫硝反應(yīng)效率并實(shí)現(xiàn)NH3的逃逸最小化，噴入點(diǎn)的選擇一般需要滿足以下條件：（1）溫度為850℃-970℃的區(qū)域；（2）在氨水噴入的位置沒有火焰；（3）氨水在反應(yīng)區(qū)域有足夠的停留時(shí)間（1-2s）。噴氨后分解爐內(nèi)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)主要有：

表1 水泥窯低NOx技術(shù)應(yīng)用效能的比較

該技術(shù)的脫硝效率一般為30%-60%。NOX脫除效率與NH3/NOX摩爾比的關(guān)系如下圖。

圖1 NOX脫除效率和NH3/NOx摩爾比的關(guān)系

2.SNCR技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

（1）該煙氣脫硝技術(shù)的效率一般為30～60%；

（2）系統(tǒng)簡單，工程量小，不需要改變現(xiàn)有燒成系統(tǒng)工藝和設(shè)備設(shè)置，只需另行配置SNCR脫硝裝置即可；

（3）由于不需要昂貴的催化劑和體積膨大的催化反應(yīng)塔，土建工程量小，項(xiàng)目造價(jià)低，運(yùn)行成本可根據(jù)實(shí)際情況來控制調(diào)整；

（4）系統(tǒng)阻力小，無需考慮在現(xiàn)有的燒成系統(tǒng)中額外附加阻力；

（5）系統(tǒng)占地面積小，需要較小的氨水儲存位置，不需要占用很大的場地面積。

3.SNCR脫硝技術(shù)存在的問題

（1）若單獨(dú)使用該技術(shù)，脫硝效率達(dá)60%以上，則氨水消耗量較大，運(yùn)行成本高；

（2）由于需要從分解爐上部高溫段噴入氨水，根據(jù)氨水噴入量的不同，會對燒成系統(tǒng)的熱耗產(chǎn)生一定的影響；

（3）分解爐噴入氨水后可能生成的(NH4)2SO4和NH4HSO4腐蝕和堵塞管道；

（4）氨的逃逸量一般為10ppm（8mg/Nm3）左右。

4.SNCR技術(shù)在水泥窯煙氣脫硝中的實(shí)際應(yīng)用

SNCR技術(shù)在國內(nèi)水泥生產(chǎn)線已有較多的實(shí)例，現(xiàn)以本市某大型水泥廠12000t/d熟料生產(chǎn)線煙氣脫硝技改工程為例，詳細(xì)介紹SNCR技術(shù)實(shí)際應(yīng)用:

該水泥廠在現(xiàn)有低氮燃燒技術(shù)的基礎(chǔ)上，采用選擇性非催化還原（SNCR）煙氣脫硝技術(shù)，配置SNCR煙氣脫硝設(shè)施，在分解爐上部合適的溫度區(qū)間內(nèi)噴入還原劑，與煙氣中NOX發(fā)生還原反應(yīng)，降低NOX的排放。通過在低氮燃燒技術(shù)的基礎(chǔ)上，配套建設(shè)SNCR煙氣脫硝技術(shù)設(shè)施，確保在較低運(yùn)行成本的狀態(tài)下，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)NOX減排目標(biāo)（去除效率達(dá)60%以上）。

4.1 工藝簡介

SNCR系統(tǒng)主要包括氨水卸載、儲存系統(tǒng)及氨水計(jì)量系統(tǒng)、氨水加壓控制系統(tǒng)、噴霧系統(tǒng)和PLC控制系統(tǒng)等部分組成，工藝流程及系統(tǒng)控制圖如下圖所示：

圖2 SNCR煙氣脫硝工藝流程圖

圖3 SNCR煙氣脫硝系統(tǒng)控制圖

4.2 還原劑儲存、輸送系統(tǒng)

選用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%-25%的氨水作為還原劑，氨水儲罐的設(shè)計(jì)為常壓、常溫，儲罐材質(zhì)使用304材質(zhì)，氨水儲罐設(shè)置兩座，一備一用。為了保證氨水罐內(nèi)有足量的氨水，并且壓力適當(dāng)，氨水罐需要配置液位計(jì)、真空閥、排氣閥等附屬設(shè)施。氨水儲罐內(nèi)一旦超壓，呼吸閥會自動開啟，使罐內(nèi)壓力回落到正常水平。來自氨水儲罐的氨水通過加壓泵加壓后，由計(jì)量器分配直接進(jìn)入噴霧系統(tǒng)。每臺分解爐必須配置一套計(jì)量分配系統(tǒng)，用于控制分解窯每個(gè)噴射區(qū)的還原劑流量。

4.3 噴射系統(tǒng)

噴槍是噴霧系統(tǒng)的核心也是整個(gè)SNCR系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。為提高脫硝反應(yīng)的效率，在本項(xiàng)目設(shè)計(jì)將噴槍布置在分解爐出口鵝頸管位置，共布置兩層，每層5把噴槍，一共10支噴槍，所有噴槍圍繞煙道周向?qū)ΨQ均布。噴槍為雙流體噴槍，以壓縮空氣為噴射動力，保證霧化效果和噴射覆蓋范圍，能適應(yīng)不同的稀氨水的流量，在流量變化幅度較大時(shí)也能保持優(yōu)良的霧化效果。

為了提高脫NOX的效率并實(shí)現(xiàn)窯尾煙囪NH3的逃逸最小化，噴射位置選擇應(yīng)滿足以下條件：在氨水噴入的位置沒有火焰；在反應(yīng)區(qū)域維持合適的溫度范圍（850-950℃）；在反應(yīng)區(qū)域有足夠的停留時(shí)間：不小于1秒。

4.4 減排效益

該水泥廠在SNCR脫硝系統(tǒng)技改前后，均對生產(chǎn)線窯尾的NOX進(jìn)行了監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果如下表2：

表2 廢氣固定源監(jiān)測結(jié)果

由此可以看出，12000t/d熟料生產(chǎn)線窯尾尾氣（脫硝前與脫硝后）脫硝前后NOX去除效率為61.04%、一年合計(jì)可減少氮氧化物排放量約為3778噸（按年生產(chǎn)8000小時(shí)計(jì)）。

4.5 項(xiàng)目投資

項(xiàng)目前期總投資約895萬，運(yùn)行投產(chǎn)后，主要成本為還原劑（氨水）的外購，經(jīng)核實(shí)，運(yùn)行費(fèi)用約2.0元/噸熟料。本項(xiàng)目雖然沒有直接的經(jīng)濟(jì)效益，但大大減少了NOX，具有很大的社會效益和環(huán)境效益。

5.結(jié)論

我國現(xiàn)已明確將加強(qiáng)NOX排放的控制力度，環(huán)境保護(hù)部與國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局與2013年12月27日聯(lián)合發(fā)布了《水泥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，其中對NOX的排放有了嚴(yán)格的要求。SNCR在脫硝技術(shù)中具有脫硝效率高，運(yùn)行成本較低的優(yōu)點(diǎn)，通過與低氮燃燒技術(shù)結(jié)合可獲得更高的脫硝效率；且SNCR技術(shù)占地面積小，布局容易，更適合現(xiàn)有機(jī)組的技術(shù)改造。因此SNCR技術(shù)必將在水泥脫硝行業(yè)中占據(jù)重要地位。

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（責(zé)任編輯：劉小斌）

TQ172.62

A

1671-752X（2014）03-0064-03

2014-05-17

方芳（1980-），女，安徽銅陵人，銅陵市環(huán)境監(jiān)測中心站工程師。