S-NCR脫硝技術(shù)在12000t/d水泥生產(chǎn)線的應(yīng)用

李 強(qiáng) 詹 楠

（天瑞集團(tuán)鄭州水泥有限公司，河南省 鄭州市 450131）

0 引言

“十二五”期間，氮氧化物首次被列入約束性排放指標(biāo)體系，隨著國家對(duì)水泥行業(yè)NOx排放控制的日益嚴(yán)格和環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)的提高，脫硝工程將逐步在水泥行業(yè)進(jìn)行推廣。我公司將日產(chǎn) 12000噸熟料生產(chǎn)線作為脫硝工程試點(diǎn)進(jìn)行改造，現(xiàn)將改造情況介紹如下。

1 項(xiàng)目簡介

為了積極響應(yīng)國家“十二五”期間降低污染物排放指標(biāo)的相關(guān)政策，我公司作為脫硝試點(diǎn)企業(yè)，與瑞典科研院進(jìn)行合作，采用瑞典Ecomb公司生態(tài)管S-NCR脫硝技術(shù)，對(duì)公司12000噸熟料生產(chǎn)線進(jìn)行改造。

2 脫硝原理

選擇性非催化還原法脫硝技術(shù)是在沒有催化劑的條件下，在850～1100℃的溫度范圍內(nèi)，把還原劑（通常是氨氣或尿素）噴入水泥窯內(nèi)，還原劑與爐窯中的氮氧化物（主要為一氧化氮和二氧化氮）發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成氮?dú)夂退?，從而減少煙氣中氮氧化物的排放。

在分解爐或爐膛的中下部噴入還原劑氨水（NH4OH）或尿素〔CO(NH2)2〕，在有部分氧氣存在的條件下，發(fā)生以下反應(yīng)：

4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O (1)

溫度進(jìn)一步升高，則可能發(fā)生以下的反應(yīng)：

4NH3+5O2→4NO+6H2O (2)

當(dāng)溫度低于850℃時(shí)，NH3與NO的反應(yīng)速度很慢；當(dāng)溫度高于1100℃時(shí)反應(yīng)式（2）會(huì)逐漸起主導(dǎo)作用，當(dāng)溫度高于1300℃時(shí)NH3轉(zhuǎn)變?yōu)镹O的趨勢會(huì)變得明顯。

3 還原劑選擇

對(duì)于S-NCR工藝，選擇的還原劑主要是尿素和氨水。尿素法是先將尿素固體顆粒在容器中完全溶解，然后將溶液由泵送到水解槽中，通過熱交換器將溶液加熱至反應(yīng)溫度后與水反應(yīng)生產(chǎn)氨氣；氨水法是將 25%的含氨水溶液通過加熱裝置使其蒸發(fā)，形成氨氣和水蒸氣，然后與加壓風(fēng)機(jī)的空氣混合霧化，將該氣體送入分解爐內(nèi)。

綜合考慮，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(jìn)行脫硝反應(yīng)，采用25%氨水作為還原劑，完全可配套新型干法水泥熟料生產(chǎn)煙氣脫硝工藝技術(shù)要求，脫硝效率最低要求≥60%，通過調(diào)試優(yōu)化，系統(tǒng)在滿負(fù)荷連續(xù)運(yùn)行達(dá)到65%的脫硝效率是可行的。因此，充分考慮到我廠周邊環(huán)境及運(yùn)輸距離較遠(yuǎn)，本項(xiàng)目使用外購液氨貯存，配置25%氨水作為脫硝還原劑進(jìn)行使用。

4 工藝流程

我公司使用氨水作為脫硝還原劑，氨水貯存供應(yīng)系統(tǒng)包括液氨卸料壓縮機(jī)、液氨儲(chǔ)罐、液氨供應(yīng)泵、液氨蒸發(fā)器、氨氣緩沖罐、氨氣吸收罐、廢水泵、廢水池等。

4.1 氨貯存蒸發(fā)

液氨由液氨槽車送至工廠，利用液氨槽車與液氨儲(chǔ)罐間的壓差或利用液氨卸料壓縮機(jī)增壓的方式將液氨輸入至液氨儲(chǔ)罐內(nèi)存儲(chǔ)，使用時(shí)依靠液氨儲(chǔ)罐與蒸發(fā)器間的壓差將液氨輸送至液氨蒸發(fā)器內(nèi)，液氨蒸發(fā)器采用雙盤管水浴式蒸汽加熱方式，傳熱介質(zhì)為水。蒸汽通過蒸汽盤管放熱，使水溫升高，水通過液氨盤管放熱，使液氨蒸發(fā)為氨氣，并通過氨氣緩沖罐來穩(wěn)定其壓力后送達(dá)氨水配置裝置。

4.2 氨水貯存

氨氣和一次水經(jīng)過氨氣噴射泵混合后，進(jìn)入氨水儲(chǔ)罐貯存，儲(chǔ)罐內(nèi)設(shè)置冷卻水盤管和氨氣設(shè)施防止儲(chǔ)罐超溫、超壓。

4.3 噴射系統(tǒng)

將氨水溶液經(jīng)過霧化噴射系統(tǒng)直接噴入分解爐合適溫度區(qū)域，霧化后的氨與氮氧化物進(jìn)行選擇性非催化還原反應(yīng)，將氮氧化物轉(zhuǎn)化為無污染的氮?dú)狻?/p>

4.4 工藝流程簡圖

圖1 水泥煙氣S-NCR脫硝流程簡圖

5 S-NCR反應(yīng)裝置布置

噴氮位置合理確定和管材質(zhì)量可靠是實(shí)現(xiàn)脫硝目標(biāo)的必要保障，也是核心關(guān)鍵技術(shù)，我公司經(jīng)過調(diào)研和考察，在此項(xiàng)目上使用瑞典Ecomb公司生態(tài)管設(shè)備。

5.1 反應(yīng)設(shè)備布置

脫硝反應(yīng)裝置主要設(shè)備包括生態(tài)管（進(jìn)口設(shè)備，特殊耐高溫材料），壓縮空氣設(shè)備及相關(guān)控制系統(tǒng)，上述裝置不至于現(xiàn)有分解爐平臺(tái)之上，設(shè)立操作間一處，承重不超過 4噸；生態(tài)管直接插入分解爐內(nèi)，分解爐新增 9個(gè)點(diǎn)位，開孔約100mm，其中6處插入生態(tài)管，管徑約70mm，該管可以伸縮調(diào)節(jié)，進(jìn)入爐內(nèi)最大深度500mm，其余3個(gè)孔為備用口，以核驗(yàn)脫硝最佳效果位置，來確定最終選擇的6個(gè)噴入氨液點(diǎn)位。

5.2 生態(tài)管位置選用

生態(tài)管最佳位置應(yīng)根據(jù)水泥煙氣所經(jīng)過線路進(jìn)行確定，水泥煙氣經(jīng)分解爐燃燒后，進(jìn)入五級(jí)旋風(fēng)除塵器，除塵后排入大氣。

高效脫硝系統(tǒng)的最重要的特點(diǎn)是能夠讓 NOX氣體與還原劑很好的混合，而且注射槍不能深入到分解爐中空的位置，因?yàn)橄陆档幕覊m和堵塞會(huì)對(duì)其造成損壞。由于即使在生態(tài)水平或逆向噴射情況下，液滴都可以改變方向，便成為迅速向上的氣流，還原劑的穿透深度和還原劑與氣體的混合程度都會(huì)很差，所以最佳混合位置應(yīng)選擇在彎曲的區(qū)域和最低位置旋風(fēng)筒與彎管的地方。

除了混合，還需考慮SNCR還原反應(yīng)與CO氧化反應(yīng)的相互影響，CO的出現(xiàn)會(huì)減少 NOX的還原效率。其次還需考慮最大限度的提高還原劑在分解爐內(nèi)的停留時(shí)間。

6 結(jié)論

隨著“十二五”期間，國家對(duì)水泥行業(yè) NOX排放控制要求的日益嚴(yán)格和環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的提高，SCNR技術(shù)由于投資成本低，建設(shè)周期短，運(yùn)行成本合理，能較大程度的降低窯尾煙氣中 NOX的濃度，具有很高的的環(huán)保效益及社會(huì)效益，值得在水泥行業(yè)進(jìn)行推廣應(yīng)用。