淺談水泥窯爐SNCR煙氣脫硝

王瑩

(北京洛卡環(huán)保技術(shù)有限公司,北京 100012)

淺談水泥窯爐SNCR煙氣脫硝

王瑩

(北京洛卡環(huán)保技術(shù)有限公司,北京 100012)

我國是水泥生產(chǎn)大國,伴隨國家對污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的控制,水泥爐窯煙氣脫硝也勢在必行。本文介紹了水泥爐窯SNCR煙氣脫硝技術(shù)。

SNCR 脫硝 水泥爐窯

1 概述

我國是一個水泥生產(chǎn)大國。水泥總產(chǎn)量連續(xù)多年居世界第一位，約占世界總產(chǎn)量的一半。工藝技術(shù)和施工安裝達到國際先進水平。“十五”期間，我國成為日產(chǎn)8000噸、10000噸生產(chǎn)線最多，并能夠成套出口的水泥技術(shù)裝備的強國。隨著國家對煙氣NOx排放控制政策要求的不斷提高，所有水泥廠全部配套脫硝系統(tǒng)，同時對NOx的排放要求在200mg/Nm3以下。SNCR工藝被認(rèn)為是目前可以用于水泥爐窯煙氣脫除NOx的最好技術(shù)。水泥爐窯煙氣脫硝的特點及應(yīng)對措施如下。

(1)生產(chǎn)特點：尾氣溫度低;應(yīng)對措施：使用氨水作為還原劑，脫硝效果更佳;(2)生產(chǎn)特點：噴射點的噴射深度淺;應(yīng)對措施：采用微粒徑、小剛性、高密度、大擴展角等性能的噴射器;(3)生產(chǎn)特點：運行工況穩(wěn)定，參數(shù)變小;應(yīng)對措施：可取消稀釋水系統(tǒng)，降低除鹽水的消耗，減少煙氣溫降;(4)生產(chǎn)特點：煙塵含塵濃度高;應(yīng)對措施：對噴射器結(jié)構(gòu)、材質(zhì)及安裝需要特別的設(shè)計;(5)生產(chǎn)特點：生產(chǎn)環(huán)境空氣粉塵量較大;應(yīng)對措施：采用電氣間的形式，將現(xiàn)場設(shè)備、儀表、執(zhí)行機構(gòu)等進行相對密閉;(6)生產(chǎn)特點：生產(chǎn)環(huán)境空氣粉塵量較大;應(yīng)對措施：采用電氣間的形式，將現(xiàn)場設(shè)備、儀表。

2 SNCR脫硝機理

所謂SNCR脫硝技術(shù)，就是在不使用催化劑的條件下，在煙道適宜處噴入氨或尿素等氨基還原劑，還原劑在其中迅速分解，與NOx反應(yīng)生成N2和H2O，而基本不于其中的氧發(fā)生反應(yīng)的技術(shù)。SNCR主要反應(yīng)方程式為：

(1)氨為還原劑：NH3+NOx→N2+H2O;(2)尿素為還原劑：CO(NH2)2→2NH2+CO，NH2+NOx→N2+H2O，CO+NOx→N2+CO2;(3)當(dāng)溫度過高時，超過反應(yīng)溫度窗口時，氨就會被氧化成NOx：NH3+O2→NOx+H2O。

3 以氨水為還原劑的水泥爐窯SNCR脫硝工藝流程

噴射氨水的SNCR脫硝系統(tǒng)由氨水卸載系統(tǒng)、存儲系統(tǒng)、計量系統(tǒng)、分配系統(tǒng)及氨水泵等構(gòu)成。將水溶氨儲存在儲罐中畢工保持常溫常壓，用泵將其從儲罐送到噴嘴處噴入分離器內(nèi)即可使用，在噴嘴處用壓縮空氣來霧化水溶氨，用控制閥組來調(diào)節(jié)噴嘴的流量，當(dāng)不需要噴水溶氨時用空氣對系統(tǒng)進行吹掃，氨水溶液運輸和處理方便，不需要額外的加熱設(shè)備或蒸發(fā)設(shè)備，由于水泥爐窯脫硝系統(tǒng)需要的氨的容量較大，但氨水濃度較小，所以導(dǎo)致氨水的運輸成本及儲罐系統(tǒng)容量較大。

以氨水為還原劑的SNCR系統(tǒng)脫硝過程由四個基本過程完成：

(1)氨水的接收和儲存還原劑;(2)還原劑的泵輸送、計量;(3)在水泥爐窯合適位置注入稀釋后的還原劑;(4)還原劑與煙氣混合進行脫硝反應(yīng)。

以氨水為還原劑的SNCR工藝原理如圖1所示。

圖1 以氨水為還原劑的SNCR脫硝工藝流程圖

4 水泥爐窯SNCR脫硝設(shè)備的主要功能

(1)氨水卸載、儲存、輸送。脫硝裝置設(shè)置了卸氨泵(一用一備)、氨水輸送泵(一用一備)及采用不銹鋼制作的氨水儲存罐體。儲存罐為臥式結(jié)構(gòu)，罐體裝有安全閥、壓力監(jiān)測、氮氣壓力補償、液位計、溫度顯示儀，配有水封裝置，并設(shè)有人孔、梯子、遮陽棚。(2)氨水計量、分配。氨水的計量和分配是脫硝系統(tǒng)的核心設(shè)備，計量裝置的功能是測量還原劑流量、壓力、溫度等參數(shù)，并按照控制系統(tǒng)的要求向水泥爐窯提供足量的還原劑流量和壓力。分配裝置的功能是把經(jīng)過計量的足量的還原劑按照要求輸送到每一個噴射器以達到脫硝的目的。計量及分配裝置的設(shè)備型號根據(jù)噴射系統(tǒng)的要求進行設(shè)計選型。(如圖1)(3)還原劑噴射系統(tǒng)。還原劑噴射系統(tǒng)組件由316不銹鋼材料制造，每一組噴射器都具有還原劑和空氣的接入口，以達到NOx減排所需的流量和壓力。噴射器的數(shù)量和安裝位置需要根據(jù)水泥窯爐及特性、容量以及Nox初始濃度、脫硝效率等參數(shù)進行設(shè)計選型。根據(jù)水泥窯爐內(nèi)煙氣介質(zhì)的不同，對于某些水泥窯爐需要配備伸縮裝置，在噴射器不工作時，伸縮裝置自動將噴射器縮回，避免磨損。(4)自動運行，無人值守。脫硝裝置采用獨立的控制系統(tǒng)(PLC)和電氣系統(tǒng)。在電氣間內(nèi)設(shè)置電氣柜和控制柜，柜體面板上設(shè)有人機界面(MMI)，它可以提供給客戶一套完整的控制系統(tǒng)。通過設(shè)定，可以實現(xiàn)自動運行，無人值守。(5)遠程監(jiān)控運行狀態(tài)。脫硝裝置的獨立控制系統(tǒng)中，留有通訊接口，可以通過網(wǎng)絡(luò)與上層控制系統(tǒng)(水泥爐窯的集中控制系統(tǒng))進行通訊聯(lián)絡(luò)，可實現(xiàn)遠程監(jiān)控。(6)氨泄漏自動報警。脫硝裝置設(shè)置有氨泄漏自動報警，在現(xiàn)場發(fā)生輕微氨水泄露時，通過自動檢測裝置實現(xiàn)自動報警，以提醒運行人員及早檢查處置，避免氨泄漏事故的擴大。(7)氨泄漏自動噴淋。脫硝裝置設(shè)置有自動噴淋裝置，當(dāng)發(fā)生氨水泄露事故時，該裝置可以從遮陽棚上面進行自動噴淋，覆蓋整個氨水罐體，有效減小氨水揮發(fā)帶來的對周邊環(huán)境的污染和危害。(8)遠程視頻監(jiān)視。脫硝裝置可設(shè)置遠程視頻監(jiān)視系統(tǒng)。(9)全封閉室內(nèi)布置。脫硝裝置采用全封閉室內(nèi)(柜內(nèi))布置，充分考慮生產(chǎn)現(xiàn)場的粉塵污染和低溫環(huán)境，使設(shè)備及其操作處于相對安全的環(huán)境。(10)防爆級設(shè)計。脫硝裝置內(nèi)置設(shè)備部件選用防爆級設(shè)計，使整體設(shè)備的運行更加安全、可靠。

5 結(jié)語

(1)水泥爐窯SNCR脫硝系統(tǒng)運行后，脫硝效率50～80%，氨逃逸率小于8ppm滿足最新環(huán)保排放要求，確保水泥品質(zhì);(2)集中控制系統(tǒng)，簡化操作，可實現(xiàn)無人值班和遠程監(jiān)控;(3)建議在脫硝改造前的項目可行性研究中，應(yīng)對電廠的工業(yè)水源、電源、除鹽水量及其輸送能力的備用情況進行詳細的調(diào)查，從而找到適合本廠的最優(yōu)SNCR脫硝方案。

[1]鐘秦.燃煤煙氣脫硫脫硝技術(shù)及工程實例.化學(xué)工業(yè)出版社,2002.

[2]秦嶺.水泥分解爐內(nèi)SNCR脫硝過程的模擬與優(yōu)化[D].武漢理工大學(xué),2011年.

[3]陳學(xué)功.SNCR煙氣脫硝技術(shù)在水泥行業(yè)的應(yīng)用.中國水泥,2012年.