新型干法水泥生產線的廢氣脫硝技術

劉軍

新型干法水泥生產線的廢氣脫硝技術

Flue Gas Denitration Technology of New Dry Process Cement Clinker Production Line

劉軍

據統計，至2012年末，全國水泥企業近5000家，熟料產量12.8億噸，水泥產量20.58億噸，約占世界水泥產量的56%；新型干法水泥生產線已達到1400多條；水泥行業NOx排放總量220萬噸，占全國NOx總排放量10%左右，僅次于電力行業和機動車尾氣排放的NOx，位居第三。中國已經成為世界NOx排放大國，巨大的氮氧化物排放量將給人類健康和生態環境帶來災難性的后果。因而，國家正在制定相關減排標準，要求水泥工業必須采取有效的技術手段，嚴格控制NOx排放量。

新型干法水泥生產線廢氣脫硝（NOx）目前所應用的主要工藝與技術為：分級燃燒+SNCR（選擇性非催化還原法）。二者同時應用，脫硝效率可達70%～80%。

在煙氣中NOx初始濃度不高時，采用幾乎沒有運行成本的分級燃燒脫硝技術；而在NOx初始濃度較高或環保排放標準苛刻時，同時使用分級燃燒和SNCR兩種脫硝技術，實現高脫硝效率和低運行成本的目標。

1 分級燃燒脫硝技術

利用分級燃燒技術（包括空氣分級燃燒和燃料分級燃燒），降低分解爐內燃料NOx的形成，并通過燃燒過程的控制，還原窯內產生的NOx，從而實現系統的NOx減排。

我廠采用的是空氣分級燃燒技術，其基本原理是將燃燒所需的空氣由三次風管引出來一部分，分成兩級送入分解爐，使第一級燃燒區內空氣過剩系數小于1，燃燒生成的一氧化碳和氮氧化物進行還原反應，以及燃燒氮分解成中間產物（如NH、CN、HCN、NHX等）相互作用或與氧化物還原分解，抑制燃料氮氧化物的形成。其主要反應如下：

分級燃燒脫硝技術具有以下特點：

（1）有效降低NOx的排放，可達到20%以上的NOx脫除率；

（2）將燃燒所需的空氣分成兩級送入分解爐；

（3）無運行成本，且對水泥正常生產無影響；

（4）脫硝系統簡單易行，建設和安裝周期短；

（5）無二次污染，分級燃燒脫氮技術是一項清潔的技術，沒有任何固體或液體的污染物或副產物生成。

2SNCR：選擇性非催化還原法

SNCR是目前工業最常用的廢氣脫硝方法，同時也是目前國內外最成熟、使用最廣泛、效率最高的脫硝方法。不需要催化劑，投資省，工藝簡單，非常適用于干法水泥生產線。該技術是將氨水或尿素等還原劑噴入窯尾分解爐內，與NOx進行選擇性反應，此方法須在高溫區加入還原劑。依據水泥行業熟料生產線的特點，在分解爐的適當位置噴入脫硝還原劑，在850℃～1050℃的溫度，沒有催化劑的環境下，還原劑會優先與NOx進行反應，生成無害的氮氣（N2）和水（H2O）。一般來說，在保證還原劑運行成本合適，氨的逃逸量不超過10ppm的前提下，SNCR法可達到70%左右的脫硝效率。

其主要的化學反應方程式為：

為了達到高的NOx脫硝效率并將氨逃逸降到最低程度，應該滿足如下條件：

（1）還原反應劑滲透能力強，液滴尺寸合理，分布均勻，與煙氣中的NOx混合良好；

（2）選擇合適的噴入點；

（3）在反應區內維持適當的溫度范圍；

表1 分級燃燒系統和SNCR系統考核檢測數據

（4）在反應區內獲得足夠的停留時間；

（5）控制系統具有良好響應特性，對負荷變化敏感。

3 總體性能指標

我廠為5000t/d新型干法水泥熟料生產線，脫硝系統由中國中材國際工程股份有限公司設計建設，系統現已調試完畢，實測脫硝效率如表1。

由表1可見，我廠脫硝系統分級燃燒單獨投運，其脫硝效率可達到23%，若分級燃燒和SNCR共同投運，其脫硝效率可達到80%。

本底NOx數值越高、氨水噴射流量越大，脫硝效果越明顯，在之前的一次調試過程中，本底NOx數值860（mg/m3（標），10%O2），只運行SNCR系統，同樣是25%濃度的氨水，在噴射流量0.8m3/h、0.6m3/h、0.5m3/h時，測得的平均數據分別為：187（mg/m3（標），10%O2）、286（mg/m3（標），10% O2）、346（mg/m3（標），10%O2），其脫硝平均效率分別為：78%、67%、60%。

實踐驗證了理論，SNCR系統的脫硝效率主要與氨水的濃度、噴射流量、預熱器氨水噴射點的選擇以及本底NOx的濃度有關，除此之外，只要設計合理，設備質量可靠，就可達到滿意的使用效果。

分級燃燒系統在我們廠先后總共試用了近一周的時間，就我們廠窯系統工況而言，其具體操作方法為：C4a分料閥開度由0位開至40%的位置，C4b分料閥處于關閉狀態（作為備用系統），原三次風閘板開度由50%的開度關閉到40%，即閘板下降25cm，脫氮風管閘板閥由關閉狀態向上提升40cm。操作簡便易行，預熱器系統生產工藝參數沒有受到任何影響，也沒有發現預熱器結皮現象。

就5000t/d新型干法水泥熟料生產線而言，脫硝系統投入運行后，每年可減少NOx排放量1900余噸，其應用效果比較理想，不過在減排的同時也會增加一定的生產成本。■

TQ172.622.29

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1001-6171（2014）05-0088-02

大連水泥集團有限公司大連水泥廠，遼寧大連116109；

2014-01-20；編輯：趙蓮