5. 選擇性非催化還原(SNCR)脫硝技術(shù)

選擇性非催化還原(SNCR)脫硝技術(shù)是在無(wú)催化劑存在條件下向爐內(nèi)噴入還原劑氨或尿素，將NOx 還原為N2 和H2O。還原劑噴入水泥窯分解爐(850℃～1150℃)，在NH3/NOx摩爾比0.8～1.5情況下，脫硝效率30%～60%。在850℃左右溫度范圍內(nèi)，反應(yīng)式為：

4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O

當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)，會(huì)發(fā)生如下的副反應(yīng)，又會(huì)生成NO：

4NH3+5O2→4NO+6H2O

當(dāng)溫度過(guò)低時(shí)，又會(huì)減慢反應(yīng)速度，所以溫度的控制是至關(guān)重要的。

該工藝不需催化劑，但脫硝效率不高，高溫噴射對(duì)窯爐受熱面安全有一定影響。存在的問(wèn)題是由于溫度隨窯爐負(fù)荷和運(yùn)行周期而變化及窯爐中NOx 濃度的不規(guī)則性，使該工藝應(yīng)用時(shí)變得較復(fù)雜。

組合脫硝技術(shù)

現(xiàn)在水泥行業(yè)最主流的煙氣脫硝技術(shù)是選擇性非催化還原(SNCR)脫硝技術(shù)，但是其后期的運(yùn)行成本比較高，一般2500噸新型干法熟料生產(chǎn)線噸熟料運(yùn)行成本在2.5元~4元。由于近期水泥市場(chǎng)不景氣，所以，運(yùn)行脫硝設(shè)備對(duì)于水泥廠來(lái)說(shuō)，無(wú)形的增加了他們的壓力，因此，控制水泥回轉(zhuǎn)窯中氮氧化物的生成，降低后期SNCR的運(yùn)行成本，成為現(xiàn)在所有水泥廠希望采用的聯(lián)合脫硝技術(shù)——低氮燃燒+SNCR。

通過(guò)以上對(duì)各種控制水泥回轉(zhuǎn)窯中氮氧化物技術(shù)的比較(見表)，空氣分級(jí)燃燒技術(shù)具有改造簡(jiǎn)單、對(duì)原燃燒制度影響小，理論NOx減排效率較穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。所以，最適合水泥廠運(yùn)用的組合脫硝技術(shù)是空氣分級(jí)+SNCR技術(shù)。

目前，一條4000t/d熟料新型干法生產(chǎn)線上一套SNCR成本需要300萬(wàn)元，一套空氣分級(jí)系統(tǒng)需要50萬(wàn)元，氨水到廠家1000元/噸來(lái)計(jì)算，運(yùn)行組合脫硝系統(tǒng)只需要大概半年多的時(shí)間，就可以抵消掉上一套空氣分級(jí)系統(tǒng)的成本。由此可見，這種組合脫硝工藝對(duì)于水泥企業(yè)來(lái)說(shuō)，是一種最佳的選擇。

運(yùn)用實(shí)例

以一家日產(chǎn)4000噸熟料新型干法生產(chǎn)線為例，采用了空氣分級(jí)燃燒+SNCR聯(lián)合脫硝技術(shù)，將原來(lái)的NOx 濃度從790mg/Nm3降低到300mg/Nm3。一年減少NOx 排放總量達(dá)到1000多噸，不僅滿足了國(guó)家新的排放標(biāo)準(zhǔn)，又產(chǎn)生了很好的社會(huì)效益，為其他水泥企業(yè)指明了聯(lián)合脫硝的方向。

1.工藝設(shè)計(jì)

(1)空氣分級(jí)

按4000t/d燒成系統(tǒng)熱平衡計(jì)算，三次風(fēng)管(按內(nèi)徑2.5m計(jì)算)風(fēng)速為23.5m/s，分解爐內(nèi)風(fēng)速5.75m/s，如三次風(fēng)管錐體進(jìn)入氣體過(guò)?？諝庀禂?shù)按0.8計(jì)算，分級(jí)燃燒風(fēng)管直徑可選擇1.8m，這時(shí)分級(jí)燃燒風(fēng)管風(fēng)速為17m/s，脫氮風(fēng)管進(jìn)口需設(shè)置在分解爐37.8m平臺(tái)上部2.6m位置，進(jìn)入即可。

(2)SNCR

SNCR煙氣脫硝系統(tǒng)工藝系統(tǒng)包括還原劑存儲(chǔ)系統(tǒng)、循環(huán)模塊、稀釋計(jì)量模塊、分配模塊、噴射系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等組成。

本項(xiàng)目的還原劑采用氨水(10~20%)，氨水采用罐車廠區(qū)內(nèi)輸送到儲(chǔ)罐。儲(chǔ)罐設(shè)有液位、溫度、壓力等顯示和信號(hào)檢測(cè)儀表，用于判定和系統(tǒng)報(bào)警。儲(chǔ)罐采用一用一備設(shè)置方式;儲(chǔ)罐出口通過(guò)軟連接連接到高倍流量循環(huán)(HFD)模塊，該模塊內(nèi)設(shè)置的離心泵(一用一備)為脫硝系統(tǒng)還原劑提供輸送動(dòng)力，該模塊內(nèi)設(shè)置電動(dòng)開關(guān)閥和溫度、壓力、流量檢測(cè)儀表，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和檢測(cè);經(jīng)HFD模塊加壓后的還原劑進(jìn)入稀釋計(jì)量模塊，根據(jù)工藝需要進(jìn)行稀釋，并通過(guò)計(jì)量?jī)x表完成還原劑用量的計(jì)量，該模塊內(nèi)配置稀釋水泵和流量調(diào)節(jié)閥門。經(jīng)過(guò)計(jì)量和稀釋的還原劑被管道輸送到分配模塊，經(jīng)過(guò)分配模塊將還原劑分配到每只噴槍。壓縮空氣通過(guò)主管氣源連接到壓縮空氣儲(chǔ)罐，經(jīng)分配模塊調(diào)壓后通過(guò)盤管向每只噴槍供應(yīng)壓縮空氣。以上主要控制可通過(guò)中控控制界面控制實(shí)現(xiàn)。

2.運(yùn)行效果及成本分析

在本項(xiàng)目中，設(shè)計(jì)了兩套方案：方案一，空氣分級(jí)和SNCR全開，使空氣分級(jí)的效率調(diào)整到最高，并控制總的脫硝效率(60%)的狀態(tài)下，在穩(wěn)定運(yùn)行48小時(shí)后，記錄氨水(20%)單位時(shí)間內(nèi)的消耗量;方案二，關(guān)閉空氣分級(jí)調(diào)風(fēng)閥，只運(yùn)行SNCR，在達(dá)到同樣脫硝效率的狀態(tài)下，在穩(wěn)定運(yùn)行48小時(shí)后，記錄氨水(20%)單位時(shí)間內(nèi)的消耗量。

結(jié)論

通過(guò)對(duì)目前適用于水泥窯上的各種降低NOx技術(shù)的描述和對(duì)比，選擇了一種適用于水泥窯的組合脫硝工藝，并以一個(gè)具體水泥窯項(xiàng)目進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)運(yùn)行效果及成本進(jìn)行分析，得出空氣分級(jí)+SNCR這種聯(lián)合脫硝的工藝是今后水泥脫硝的主流。