淺析水泥工業脫硝技術的應用

陶 樂

（新疆天業集團天偉水泥有限公司，新疆 石河子 832000）

淺析水泥工業脫硝技術的應用

陶 樂

（新疆天業集團天偉水泥有限公司，新疆 石河子 832000）

文章首先簡要分析了水泥工業脫硝的常用技術，并在基礎上以某水泥公司的一條干法水泥生產線為依托，采用實驗的方法，對SNCR脫硝技術的應用進行論述。結果表明，在氨水質量分數為13%，噴入點溫度為894℃，霧化壓力為0.35MPa的條件下，NOx的去除率可達到72.8%，剩余NH3質量濃度為0.9mg/m3，低于我國現象排放標準中規定的8.0mg/m3。

水泥；脫硝；NOx

1水泥工業脫硝的常用技術分析

1.1 燃燒中的脫硝技術

1.1.1 低NOx燃燒器。該脫硝技術是指在窯頭使用新型低NOx燃燒器降低一次風量，使火焰第一燃燒區形成缺氧燃燒，減少氮氧化物的產生，與此同時利用火焰形狀對火焰溫度進行控制，以減少高溫型NOx的生成。當前，空氣分級低NOx燃燒器和燃料分級低NOx燃燒器是應用最廣的低NOx燃燒器類型，這兩種低NOx燃燒器均可以在二次燃燒區內，使燃料完全燃燒。

1.1.2 分級燃燒技術。該技術又可分為空氣分級燃燒技術和燃料分級燃燒技術，主要利用分級燃燒的方法在水泥窖分解爐的錐部形成一種缺氧燃燒環境，產生一氧化碳還原區域，通過利用CO、H2等還原劑與煙氣中的氮氧化物發生還原反應，從而將其還原成氮氣，降低污染。

1.2 燃燒后的脫硝技術

SNCR脫銷技術是指在不需要催化劑的作用下，向高溫窖爐區域內噴入氨水、尿素等還原劑，通過爐膛區的助燃風帶入余氧，促使還原劑與NOx發生反應，最終生成N2和H2O，消除污染，該技術是燃燒后脫硝最為常用的一項技術措施。當前，SNCR是國外水泥企業普遍使用的主流脫硝技術，而布置噴槍位置是該技術的關鍵環節，通常情況下將噴槍布置在分解爐上部或出口處，并采取多層布置的方式。通過調查研究發現，SNCR脫銷技術可有效減少NOx的排放。

2SNCR脫硝技術在水泥工業煙氣脫硝中的應用

為了便于本文研究，下面以國內某水泥公司的一條日產量為5kt的干法水泥生產線為依托，設計水泥窯SNCR脫硝試驗裝置。該水泥生產線采用的是回轉窯+分解爐的生產工藝，且水泥窯已經實施了分級燃燒脫硝技術改造，在各個負荷條件下的NOx排放濃度均低于780mg/m3，煙氣流量為（3.75-4.55）×105m3/h。水泥窯SNCR脫硝試驗裝置的工藝流程如圖1所示。

圖1 水泥窯SNCR脫硝試驗裝置的工藝流程

2.1 分析方法及試驗條件

采用煙氣在線檢測儀對NOx的質量濃度進行分析；采用次氨酸鈉-水楊酸分光光度法對NH2的質量濃度進行分析；試驗條件為氨水質量分數為13%、n（NH3）：n（NOx）為1.2、霧化壓力為0.35MPa。

2.2 實驗結果分析

2.2.1 噴入點溫度對NOx去除率的影響。由實驗結果可知，當噴入點的溫度在853-911攝氏度時，NOx的去除率相對較高，約為60%左右，隨著噴入點溫度的繼續升高，NOx的去除率不升反降；當噴入點的溫度在894攝氏度時，NOx的去除率最高，達到72.8%，剩余的NOx質量濃度約為196mg/m3。在噴入點溫度相對較低時，導致了脫硝反應的速率下降，影響了NOx的去除率。

2.2.2 n（NH3）：n（NOx）對NOx去除率及剩余NH3的影響。①由實驗結果可知，隨著n（NH3）：n（NOx）的增加，NOx的去除率會隨之逐步增加，但當n（NH3）：n（NOx）增加至一定程度時，NOx去除率的增加開始逐漸減緩，由此可見，n（NH3）：n（NOx）并不是越大越好，考慮到經濟因素，可將兩者的比值確定為1.2。②通過實驗結果可知，當n（NH3）：n（NOx）的比值小于1.2時，剩余NH3的質量濃度小于0.9mg/m3，將兩者的比值增大至1.6時，剩余NH3的質量濃度超出8.0mg/m3。由此可見，當氨水的用量超限時，會導致剩余NH3的質量濃度超標。

2.2.3 霧化壓力對NOx去除率的影響。由實驗結果可知，在霧化壓力為0.35MPa時的NOx去除率最高，霧化壓力較小時，會導致反應活性降低，致使氨水與煙氣的接觸不夠充分，從而影響脫硝效果；而當霧化壓力過大時，容易導致氨水斷流的情況發生，這樣也會造成NOx的去除率降低。

2.2.4 氨水與煙氣混合程度對脫硝效率的影響。為保證高NOx去除率，必須使氨水與煙氣充分、均勻混合。在實驗過程中采取爐壁噴入與爐壁爐內同時噴入氨水的兩種方式，通過實驗結果表明：當噴槍采用爐壁爐內同時噴入的這種方式時，與爐壁噴入相比，能夠顯著提升NOx去除率。產生這一實驗結果的原因在于，分解爐的直徑較大，采用這種運行方式能夠促使煙氣與氨水充分、均勻接觸。為此，在使用SNCR脫銷技術時，要根據爐型結構特點，對噴射點位進行合理布置，通過調整噴槍運行方式，促使煙氣與氨水混合充分。

2.2.5 氨水質量分數對NOx去除率的影響。根據實驗結果可知，NOx去除率隨著氨水質量分數的增加而略有下降。造成這種現象的原因在于，氨水質量分數越低，則需要噴入體積越大的氨水，使得霧化空氣量增加，縮小了氨水霧滴直徑，增加了霧滴表面積，促使氨的反應活性增強，創造了充分反應的條件，有助于提升NOx去除率。然而，在實際生產工藝中，水泥工業對分解爐溫度的要求十分嚴格，不允許噴入濃度較低的氨水，否則就會降低分解爐的溫度，對水泥質量造成嚴重影響。基于此點，本次實驗將氨水質量分數確定為13.0%。

2.3 實驗結論

在本次實驗當中，以氨水作為還原劑，在日產量為5kt的干法水泥生產線上對SNCR脫硝工藝進行了研究。以爐壁和爐內聯合噴入的方式向分解爐中噴入氨水，能夠顯著提高NOx的去除率。在本文給出的試驗條件下，當煙氣中的氮氧化物濃度為721mg/m3時，NOx的去除率為72.8%，剩余NOx質量濃度為196mg/m3，該數值負荷水泥工業大氣污染排放物標準給出的限值（320mg/m3）。同時剩余NH3的質量濃度為0.9mg/m3，遠遠低于標準中規定的8.0mg/m3。

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1007-6344（2015）05-0004-01