SNCR脫硝系統(tǒng)在水泥窯系統(tǒng)的應(yīng)用及應(yīng)注意的問(wèn)題
發(fā)布時(shí)間：2016/5/19 來(lái)源：水泥
筆者以貴州科特林2500t/d生產(chǎn)線應(yīng)用SNCR脫硝技術(shù)為例，分析SNCR系統(tǒng)在水泥燒成系統(tǒng)的應(yīng)用技術(shù)和應(yīng)注意的問(wèn)題。1SNCR脫硝技術(shù)1.1脫硝劑常用的脫硝劑....
筆者以貴州科特林2500t/d生產(chǎn)線應(yīng)用SNCR脫硝技術(shù)為例，分析SNCR系統(tǒng)在水泥燒成系統(tǒng)的應(yīng)用技術(shù)和應(yīng)注意的問(wèn)題。
1SNCR脫硝技術(shù)
1.1脫硝劑
常用的脫硝劑主要是氨水和尿素。據(jù)統(tǒng)計(jì)，氨水在水泥行業(yè)的脫硝效率達(dá)到40%~80%，而尿素的脫硝效率平均為25%左右。尿素的分子結(jié)構(gòu)和反應(yīng)特性能使尿素在煙氣中穿透的距離變長(zhǎng)，反應(yīng)窗溫度為900~1100℃，比氨水高50℃，這就使得尿素在鍋爐行業(yè)中使用較為普遍，但是對(duì)于水泥窯系統(tǒng)，900~1100℃的溫度一般在煙室等部位，但是煙室的煙氣停留時(shí)間短，脫硝劑與煙氣中的NOx反應(yīng)時(shí)間不夠，因此水泥行業(yè)的脫硝劑還是以氨水為主。
1.2分解爐氣氛
SNCR系統(tǒng)易在氧化氣氛下進(jìn)行，一般氧含量大于2%以上，脫硝效率會(huì)比較高。
1.3NSR值
通常表示為NH3/NO形式，簡(jiǎn)稱NSR。理論上NH3與NO反應(yīng)的物質(zhì)的量比為1，即NSR=1。實(shí)際上由于擴(kuò)散和副反應(yīng)等原因，只有NSR>1時(shí)，才能取得較好的脫硝效率。而運(yùn)行成本在很大程度上取決于還原劑的消耗量，因此好的脫硝系統(tǒng)需要控制較低的NSR值。從國(guó)內(nèi)已投入運(yùn)行的水泥廠來(lái)看，脫硝效率在40%~60%時(shí)，NSR約為1~1.85。
1.4脫硝工藝流程
每個(gè)脫硝廠家的工藝流程都不太一樣，但是主要流程包括：脫硝劑的儲(chǔ)存模塊，脫硝劑的稀釋模塊，噴射模塊和均分模塊，也有部分廠家不用稀釋模塊，直接用買好的特定濃度的脫硝劑，這樣省掉一部分稀釋模塊的設(shè)備費(fèi)用。SNCR脫硝流程的主要功能就是將脫硝劑噴入到分解爐當(dāng)中。主要設(shè)備的要點(diǎn)如下：
1）噴射壓力
選定合適揚(yáng)程和流量的泵，使得泵的出口壓力要達(dá)到0.5MPa以上，否則壓力不夠，影響脫硝劑的霧化效果。噴射泵最好選擇變頻泵，便于調(diào)節(jié)流量。
同時(shí)在泵的出口選擇比例閥，通過(guò)泵的變頻電動(dòng)機(jī)和比例閥閥門開(kāi)度來(lái)調(diào)節(jié)主管路上的流量和壓力。
2）均分模塊一般噴槍的流量為90~500L/h，根據(jù)系統(tǒng)的噴氨量設(shè)計(jì)噴槍個(gè)數(shù)，每個(gè)噴槍支路上設(shè)置電動(dòng)調(diào)節(jié)柱塞閥，使得各個(gè)噴槍的流量保持一致，不宜選擇球閥，球閥的流量調(diào)節(jié)不線性，使得噴槍流量均分困難。
3）脫硝系統(tǒng)的泄漏
脫硝系統(tǒng)在噴氨前都需要用水進(jìn)行試噴打壓，整個(gè)管路的壓力設(shè)計(jì)在1.8MPa，法蘭連接處要求密封好，在試噴過(guò)程中注意檢查管路的泄漏情況。
同時(shí)應(yīng)在氨水灌區(qū)設(shè)置安全噴淋裝置，一旦灌區(qū)有氨水泄漏，自動(dòng)噴淋裝置噴水，降低空氣中的氨氣濃度，保護(hù)人身安全。
4）電氣控制
脫硝系統(tǒng)的電氣控制主要是氨水噴入流量的調(diào)節(jié)，主管路壓力的調(diào)節(jié)（電動(dòng)機(jī)的頻率的調(diào)節(jié)和閥門開(kāi)度的調(diào)節(jié)），電動(dòng)機(jī)的啟停，閥門的開(kāi)關(guān)以及各個(gè)噴槍流量的均分（同樣也是流量的調(diào)節(jié)），儲(chǔ)罐的液位、流量和NOx的濃度顯示，等等。對(duì)于電氣控制，脫硝系統(tǒng)主要做成定排放和定流量?jī)煞N模式，所謂定排放就是通過(guò)PID調(diào)節(jié)模式，將水泥生產(chǎn)線的NOx的濃度調(diào)節(jié)至指定的排放濃度。定排放模式適用于燒成系統(tǒng)工況波動(dòng)較大的情況，因?yàn)楣r波動(dòng)較小時(shí)，定排放模式會(huì)使電動(dòng)機(jī)和各個(gè)閥門處于頻繁的調(diào)節(jié)狀態(tài)，使得其使用壽命下降，增加設(shè)備的故障率。而定流量模式適用于工況穩(wěn)定的情況，通過(guò)電動(dòng)機(jī)和閥門控制流量一定，脫硝系統(tǒng)較為穩(wěn)定。
同時(shí)電氣控制要實(shí)現(xiàn)連鎖，對(duì)設(shè)備進(jìn)行保護(hù)，如泵的啟動(dòng)，要使泵在啟動(dòng)前，泵的入口閥是打開(kāi)的，防止泵空轉(zhuǎn)、燒壞。
2脫硝設(shè)計(jì)案例分析
2.1概況
水泥生產(chǎn)線正常運(yùn)行產(chǎn)量2700t/d，五級(jí)單系列預(yù)熱器，燒成系統(tǒng)熟料熱耗3114kJ/kg，折合標(biāo)煤106kg/kg。分解爐出口溫度約880~895℃，分解爐出口氧含量在3.03%左右，C5出口溫度與分解爐出口溫度接近，C1出口溫度330℃，窯尾排風(fēng)煙囪氧含量10.5%，排風(fēng)煙囪風(fēng)量約290000m3/h（標(biāo)態(tài)，下同），排風(fēng)煙囪處NOx濃度在860mg/m3。脫硝效率要求達(dá)到60%。NOx的檢測(cè)點(diǎn)為窯尾排放煙囪。此燒成系統(tǒng)對(duì)脫硝有利的地方是分解爐噴點(diǎn)溫度在880~890℃，而且C5出口溫度與分解爐出口溫度接近，反應(yīng)時(shí)間充足，滿足噴氨要求。
2.2脫硝設(shè)計(jì)參數(shù)
在分解爐的出口上游附近設(shè)計(jì)噴點(diǎn)6個(gè)，脫硝劑為氨水，噴入氨水濃度20%，采用雙流體霧化噴槍，電氣控制模式有定排放和定流量?jī)煞N模式，設(shè)計(jì)氨水噴入量為0.6m3/h。
2.3測(cè)試結(jié)果分析
1）脫硝效率
不同氨水噴入量下的NOx濃度和脫硝效率見(jiàn)圖1。
從圖1可以看出，隨著氨水噴入量的增加，NOx濃度下降，當(dāng)噴入量到達(dá)0.85m3/h時(shí)，NOx濃度下降不明顯。當(dāng)脫硝效率在60%時(shí)，氨水噴入量在0.45m3/h，因此0.45m3/h的氨水噴入量達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。而且此燒成系統(tǒng)最高脫硝效率可以達(dá)到86%，但要達(dá)到90%的脫硝效率還是比較困難的，此時(shí)噴氨量過(guò)大，氨水管道壓力達(dá)到了0.73MPa。
2）NSR
不同氨水噴入量下的脫硝劑利用率見(jiàn)圖2，不同氨氮比下的脫硝效率見(jiàn)圖3。
脫硝劑的利用率=脫硝效率/NSR，它反映了脫硝劑的利用情況。從圖2可以看出，當(dāng)氨水噴入量大于0.75m3/h時(shí)，氨水的利用率偏低，噴入的氨水量偏大；當(dāng)氨水的噴入量在0.5m3/h時(shí)，脫硝利用率最高。
從圖3可以看出，隨著NSR值的增加，脫硝效率在增加，當(dāng)NSR值為0.9時(shí)，脫硝效率達(dá)到60%，因此，該脫硝系統(tǒng)氨氮比偏低，脫硝劑利用率很高。隨著NSR值繼續(xù)增加，脫硝效率增加變小，當(dāng)NSR在1.5左右時(shí)，脫硝效率在55%~75%之間；當(dāng)NSR值到1.5以后，脫硝效率變化不明顯。
3）運(yùn)行成本
整個(gè)脫硝系統(tǒng)有多個(gè)泵，如噴射泵、循環(huán)泵和卸氨泵等，很多都是一備一用，但是正常運(yùn)行的時(shí)候工作的泵很少，而且泵的功率也不高，系統(tǒng)電耗是很低的，運(yùn)行成本最高的是脫硝劑，各地氨水的價(jià)格相差較大，該線用的是20%的氨水，氨水到廠價(jià)為1300元/t，不同脫硝效率下的運(yùn)行成本見(jiàn)圖4。
從圖4看出，脫硝效率為60%時(shí)的運(yùn)行成本折算到每噸熟料中約4.5元，脫硝效率達(dá)86%時(shí)運(yùn)行成本接近8元，成本太高。
4）脫硝對(duì)燒成系統(tǒng)的影響
①熱耗
該生產(chǎn)線窯尾煙氣量170000m3/h，20%的氨水用量為0.6m3/h，密度為923kg/m3，氨水噴入點(diǎn)溫度為890℃。
計(jì)算氨吸熱量Q1：20℃液氨汽化熱1336.97kJ/kg，20～950℃定壓平均比熱容2.112kJ/（kg˙℃）。
則：Q1=[1336.97+(890-20)×2.112]×0.6×923×0.2=351598kJ/h
計(jì)算水吸熱量Q2：100℃一個(gè)大氣壓下飽和水蒸氣焓值2676.30kJ/kg，20℃液態(tài)水焓值83.86kJ/kg，100～950℃水蒸氣平均定壓比熱容2.01kJ/（kg˙℃）。
則：Q2=[（2676.30-83.86）+(890-100)×2.01]×0.6×923×0.8=1852057kJ/h
每千克熟料增加的熱耗為：
（351598+1852057）/(2700/24×1000)=19.59kJ/kg，而系統(tǒng)熟料熱耗為3114kJ/kg，因此增加的熱耗僅占燒成系統(tǒng)熱耗的0.6%，而且從該水泥生產(chǎn)線喂煤量看，熱耗也并沒(méi)有明顯增加。
②增加的煙氣量
采用脫硝后系統(tǒng)增加了煙氣量，包括氨氣、水蒸氣和壓縮空氣。該生產(chǎn)線20%的氨水用量為0.6m3/h，產(chǎn)生的總氣體量約為1500m3/h，占窯尾煙氣量的0.89%，同樣是很小的?？偟膩?lái)說(shuō)，脫硝對(duì)燒成系統(tǒng)的影響小于1%。
3結(jié)論
1）脫硝設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)要選擇合適的，使系統(tǒng)調(diào)節(jié)靈敏，同時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。
2）當(dāng)系統(tǒng)分解爐出口溫度在880~890℃時(shí)，C5溫度也比較高，同時(shí)分解爐氧含量大于3%時(shí)，氨水的脫硝效果不錯(cuò)。脫硝效率最高達(dá)86%。平均NSR在1.5左右，其中脫硝效率在55%~75%時(shí)，NSR比較低。
3）經(jīng)過(guò)計(jì)算表明，脫硝對(duì)燒成系統(tǒng)的影響小于1%，低于工況的波動(dòng)。
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