SNCR脫硝系統(tǒng)在干法水泥生產(chǎn)線的應(yīng)用及存在問題分析

鐘麗娟

開陽縣環(huán)境監(jiān)測(cè)站

SNCR脫硝系統(tǒng)在干法水泥生產(chǎn)線的應(yīng)用及存在問題分析

鐘麗娟

開陽縣環(huán)境監(jiān)測(cè)站

水泥行業(yè)的主要污染物之一氮氧化物，會(huì)對(duì)環(huán)境質(zhì)量造成影響，水泥行業(yè)脫硝工作意義重大。以開陽縣某新型干法水泥窯尾廢氣SNCR工藝應(yīng)用實(shí)例為研究對(duì)象，對(duì)其脫硝率及進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)分析，監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示脫硝率為42%。同時(shí)，結(jié)合該生產(chǎn)線及SNCR工藝運(yùn)行中可能出現(xiàn)的問題提出嚴(yán)格控制生產(chǎn)原料確保源強(qiáng)穩(wěn)定，加強(qiáng)設(shè)施管護(hù)確保反應(yīng)溫度適宜，確保SNCR系統(tǒng)達(dá)到最佳削減效率及建議企業(yè)修建圍堰及事故池預(yù)防污染事故發(fā)生等建議。

氮氧化物是水泥行業(yè)的主要污染物之一，氮氧化物會(huì)對(duì)大氣環(huán)境空氣質(zhì)量造成污染。水泥窯爐排放的NOx中大部分是NO，NO與空氣接觸后氧化成NO2。NO2達(dá)到一定濃度會(huì)對(duì)人體造成傷害，同時(shí)，NOx在一定的光化學(xué)條件下，會(huì)形成光化學(xué)煙霧，破壞臭氧層，污染環(huán)境空氣[1]。NOx在大氣中被氧化會(huì)形成硝酸和硝酸鹽細(xì)顆粒物，加速了區(qū)域性酸雨的形成。根據(jù)2007年全國(guó)污染源普查報(bào)告，當(dāng)年我國(guó)水泥行業(yè)氮氧化物排放量達(dá)170萬噸，位列第二，僅次于火力發(fā)電業(yè)[2]，由此可見水泥行業(yè)脫硝勢(shì)在必行。

1、水泥行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)修訂情況

我國(guó)大氣污染控制的重點(diǎn)之一就是水泥行業(yè)，1985年國(guó)家環(huán)境保護(hù)局就首次發(fā)布了GB 4915-1985《水泥工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，可見水泥行業(yè)是作為國(guó)家首批開展污染控制的企業(yè)之一，在此標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了水泥行業(yè)粉塵及一氧化碳的排放限值;1996年進(jìn)行了第一次修訂，名稱修改為GB 4915-1996《水泥廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，在此標(biāo)準(zhǔn)中取消了對(duì)一氧化碳的控制，增加水泥行業(yè)對(duì)SO2、NOX、氟化物的排放限值要求;2004年完成了第二次修訂，更名為GB4915-2004《水泥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，本版標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定水泥窯NOx限值800 mg/m3，此限值要求通過原料控制和生產(chǎn)穩(wěn)定基本可達(dá)標(biāo)，即不要求用脫硫、脫硝等污染治理設(shè)施;2013年又完成了第三次修訂GB4915-2013《水泥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，標(biāo)準(zhǔn)要求新建企業(yè)氮氧化物水泥窯尾的排放限值更改為400 mg/m3，重點(diǎn)區(qū)限值為320 mg/m3。由整個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的修訂過程可以看到，國(guó)家對(duì)水泥行業(yè)的監(jiān)管力度處于不斷加強(qiáng)的狀態(tài)。

2、SNCR脫硝工藝分析

目前，水泥窯NOx控制技術(shù)主要包括降低燒成溫度法、低NOx燃燒器、分級(jí)燃燒法、選擇性非催化還原法（SNCR）和選擇性催化還原法（SCR）等。本文主要對(duì)SNCR脫硝工藝進(jìn)行探討。

2.1 SNCR工藝原理

選擇性非催化還原技術(shù)是指在不使用催化劑的情況下，在爐膛煙氣溫度適宜處（850～1050℃）噴入氨或尿素等含氨基的還原劑，將煙氣中的NO x還原為N2和H2O[3]。

本文以我縣某新型干法水泥生產(chǎn)線，窯尾SNCR脫硝系統(tǒng)為實(shí)列進(jìn)行探討。該生產(chǎn)線SNCR系統(tǒng)選用氨水（質(zhì)量濃度20%～25%）作為還原劑霧化后的氨與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。噴氨后爐內(nèi)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)有：

2.2 工藝流程

SNCR系統(tǒng)主要包括卸氨系統(tǒng)、氨水儲(chǔ)存及液位檢測(cè)、氨水混合系統(tǒng)、氨水加壓控制系統(tǒng)、噴射系統(tǒng)和PLC控制系統(tǒng)等部分組成，工藝流程如下圖1所示：

圖1 SNCR系統(tǒng)工藝流程

3、存在問題及建議

3.1 窯尾廢氣氮氧化物含量與生產(chǎn)原料及生產(chǎn)運(yùn)行情況相關(guān)，在進(jìn)行SNCR系統(tǒng)脫硝能力驗(yàn)證期間，未經(jīng)處理尾氣值最高為652.3 mg/Nm3，經(jīng)脫銷系統(tǒng)處理后最高氮氧化物含量為375.5，脫硝率為42%。但據(jù)調(diào)查目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)新型干法水泥生產(chǎn)線NOx的平均氮氧化物產(chǎn)生濃度在850mg/Nm3(10%O2)左右，若本生產(chǎn)線在原料及工況情況發(fā)生變化的情況下，氮氧化物的產(chǎn)生濃度變化為700 mg/N m3，按照當(dāng)前的去除率計(jì)算，即使本套SCNR系統(tǒng)正常運(yùn)行業(yè)不能滿足400 mg/Nm3限值要求，基于此種情況建議企業(yè)對(duì)生產(chǎn)原料進(jìn)行嚴(yán)格把控，同時(shí)確保生產(chǎn)實(shí)施各環(huán)境穩(wěn)定運(yùn)行，從源頭上控制氮氧化物的產(chǎn)生量及確保源強(qiáng)穩(wěn)定。

3.2 從SNCR工藝的原理上來看，反應(yīng)過程溫度要求較高當(dāng)反應(yīng)區(qū)溫度過低時(shí)，反應(yīng)效率會(huì)降低；當(dāng)反應(yīng)區(qū)溫度過高時(shí)，由于氨分解會(huì)使氮氧化物的還原率降低[4]。為了提高脫硝效率并實(shí)現(xiàn)還原劑NH3的逃逸最小化，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；且在反應(yīng)區(qū)域有足夠的停留時(shí)間，否則脫硝效率將會(huì)難以保證。

3.3 為了預(yù)防氨罐發(fā)生氨水大量泄漏事故，對(duì)環(huán)境造成污染，建議采取防范措施，一是在罐區(qū)周圍設(shè)置圍堰，暫時(shí)圍住泄露的氨水，圍堰內(nèi)的有效容積，不小于圍堰內(nèi)1個(gè)最大儲(chǔ)罐的容積。二是在儲(chǔ)罐附近合理標(biāo)高位置設(shè)置事故水池，用于囤積大量泄漏的氨水，防止因氨水泄露造成環(huán)境污染事故。

[1]王廣盛，趙顯坤，桂永亮.工業(yè)鍋爐NO X污染及防治[J].石油化工環(huán)境保護(hù)，2003，26（2）：52-54

[2]田春秀，汪瀾，張玉璇.水泥行業(yè)氮氧化物減排目標(biāo)能否實(shí)現(xiàn)？.

[3]沈伯熊，韓永富，劉亭.氨選擇性非催化還原煙氣脫硝研究進(jìn)展.化工進(jìn)展.2008.27（9）

[4]刑馨，甘昊，劉靜.SNCR脫硝工藝在新型干法水泥窯上的應(yīng)用.資源節(jié)約與環(huán)保.2013.9，50-51