S-NCR脫硝技術在12000t/d水泥生產線的應用

李 強 詹 楠

（天瑞集團鄭州水泥有限公司，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體系，隨著國家對水泥行業NOx排放控制的日益嚴格和環保排放標準的提高，脫硝工程將逐步在水泥行業進行推廣。我公司將日產 12000噸熟料生產線作為脫硝工程試點進行改造，現將改造情況介紹如下。

1 項目簡介

為了積極響應國家“十二五”期間降低污染物排放指標的相關政策，我公司作為脫硝試點企業，與瑞典科研院進行合作，采用瑞典Ecomb公司生態管S-NCR脫硝技術，對公司12000噸熟料生產線進行改造。

2 脫硝原理

選擇性非催化還原法脫硝技術是在沒有催化劑的條件下，在850～1100℃的溫度范圍內，把還原劑（通常是氨氣或尿素）噴入水泥窯內，還原劑與爐窯中的氮氧化物（主要為一氧化氮和二氧化氮）發生化學反應，生成氮氣和水，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，發生以下反應：

4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O (1)

溫度進一步升高，則可能發生以下的反應：

4NH3+5O2→4NO+6H2O (2)

當溫度低于850℃時，NH3與NO的反應速度很慢；當溫度高于1100℃時反應式（2）會逐漸起主導作用，當溫度高于1300℃時NH3轉變為NO的趨勢會變得明顯。

3 還原劑選擇

對于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溫度后與水反應生產氨氣；氨水法是將 25%的含氨水溶液通過加熱裝置使其蒸發，形成氨氣和水蒸氣，然后與加壓風機的空氣混合霧化，將該氣體送入分解爐內。

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℃溫度窗口進行脫硝反應，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煙氣脫硝工藝技術要求，脫硝效率最低要求≥60%，通過調試優化，系統在滿負荷連續運行達到65%的脫硝效率是可行的。因此，充分考慮到我廠周邊環境及運輸距離較遠，本項目使用外購液氨貯存，配置25%氨水作為脫硝還原劑進行使用。

4 工藝流程

我公司使用氨水作為脫硝還原劑，氨水貯存供應系統包括液氨卸料壓縮機、液氨儲罐、液氨供應泵、液氨蒸發器、氨氣緩沖罐、氨氣吸收罐、廢水泵、廢水池等。

4.1 氨貯存蒸發

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

4.2 氨水貯存

氨氣和一次水經過氨氣噴射泵混合后，進入氨水儲罐貯存，儲罐內設置冷卻水盤管和氨氣設施防止儲罐超溫、超壓。

4.3 噴射系統

將氨水溶液經過霧化噴射系統直接噴入分解爐合適溫度區域，霧化后的氨與氮氧化物進行選擇性非催化還原反應，將氮氧化物轉化為無污染的氮氣。

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反應裝置布置

噴氮位置合理確定和管材質量可靠是實現脫硝目標的必要保障，也是核心關鍵技術，我公司經過調研和考察，在此項目上使用瑞典Ecomb公司生態管設備。

5.1 反應設備布置

脫硝反應裝置主要設備包括生態管（進口設備，特殊耐高溫材料），壓縮空氣設備及相關控制系統，上述裝置不至于現有分解爐平臺之上，設立操作間一處，承重不超過 4噸；生態管直接插入分解爐內，分解爐新增 9個點位，開孔約100mm，其中6處插入生態管，管徑約70mm，該管可以伸縮調節，進入爐內最大深度500mm，其余3個孔為備用口，以核驗脫硝最佳效果位置，來確定最終選擇的6個噴入氨液點位。

5.2 生態管位置選用

生態管最佳位置應根據水泥煙氣所經過線路進行確定，水泥煙氣經分解爐燃燒后，進入五級旋風除塵器，除塵后排入大氣。

高效脫硝系統的最重要的特點是能夠讓 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，因為下降的灰塵和堵塞會對其造成損壞。由于即使在生態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很差，所以最佳混合位置應選擇在彎曲的區域和最低位置旋風筒與彎管的地方。

除了混合，還需考慮SNCR還原反應與CO氧化反應的相互影響，CO的出現會減少 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的停留時間。

6 結論

隨著“十二五”期間，國家對水泥行業 NOX排放控制要求的日益嚴格和環保標準的提高，SCNR技術由于投資成本低，建設周期短，運行成本合理，能較大程度的降低窯尾煙氣中 NOX的濃度，具有很高的的環保效益及社會效益，值得在水泥行業進行推廣應用。