水泥窯上SNCR脫硝技術的應用探討

劉春宇

摘 要：近年來，我國的經濟社會取得了巨大的發展和進步，但同時也面臨著嚴重的環境污染問題，其中各類大氣污染現象尤為嚴重，已經給人民群眾的日常生活和工作造成了巨大的困擾，同時也給國民經濟的持續發展造成了諸多不利因素。水泥行業作為NOx的主要排放行業之一，其氮氧化物的排放量已是居火力發電、汽車尾氣排放之后的第三排放大戶，采用脫硝技術降低NOx的排放對應對大氣污染問題至關重要。本文對SNCR法在水泥窯上的應用問題進行了一些有意義的探討，希望對水泥行業的脫硝處理工作能夠有所借鑒。

關鍵詞：水泥窯 SNCR 脫硝工藝系統

中圖分類號：X78 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）11（c）-0107-02

在各類環境污染問題中，大氣污染是比較嚴重的，水泥行業作為NOx的主要排放行業之一，采用脫硝技術降低NOx的排放量對應對大氣污染問題至關重要。本文對SNCR法在水泥窯上的應用問題進行了一些有意義的探討，希望對水泥行業的脫硝處理工作能夠有所借鑒。

1 水泥窯煙氣NOx生成

水泥行業的回轉窯在進行生產過程中，會產生大量的煙氣，而這些煙氣中含有NOx。現實中，水泥生產過程中產生的NOx的主要成分是NO和NO2，其中存在以下兩種形成機理：熱力型NOx和燃料型NOx。其中，熱力型NOx是水泥窯物料燒成過程中排放的主要形式，其濃度約為1500～2600mg/Nm3；燃料型NOx的濃度約為800～1300mg/Nm3。

2 選用尿素作為脫硝還原劑的SNCR脫硝工藝

采用尿素作為還原劑的SNCR脫硝工藝系統主要由尿素溶液儲罐、輸送泵、調節閥、噴嘴和NOx檢測儀等組成。系統的工作流程主要包括尿素的儲備、輸送、計量分配和噴射等。尿素儲備裝置由溶液配置容器和儲存罐等組成。配制好的溶液會經由輸送泵送至分解爐前的噴射系統。噴射位置應該根據爐內的溫度進行確定。隨著煙氣溫度的變化，尿素溶液的噴射位置也必須隨之調整，確保其始終對準爐內的最佳反應溫度窗口。至于噴射點的流量可以通過調節閥來實現精確控制。

3 選用氨水作為脫硝還原劑的SNCR脫硝工藝

當選用氨水作為還原劑時，SNCR脫硝工藝系統主要由卸氨系統、氨水儲存系統、氨水輸送系統、稀釋計量系統、分配系統、噴射系統和控制調整等系統組成。氨水是NH3的水溶液，具有無色、透明和易揮發的特性，同時NH3作為一種有毒且易爆的危險物質，在對其進行儲備和輸送時必須特別注意。下面將對該工藝系統使用過程中的幾個注意事項進行詳細討論。

3.1 氨水噴入位置及噴槍布置

氨水作為還原劑時，對反應的溫度條件比較敏感，所以溫度窗口的選擇就變得非常重要。噴嘴位置的選擇關系到SNCR工藝系統的脫硝處理效果，選擇合適的噴嘴位置通常可以借助以下兩種方式來達成：第一，溫度流場模擬技術。通過對爐窯內溫度的分布狀況進行模擬來確定最佳位置。第二，現場測試爐窯內的溫度。通過對現場爐窯內溫度分布狀況的測試來確定噴嘴的最佳位置。以氨水作為還原劑的最佳反應溫度區間為850℃～1050℃。

噴槍布置推薦采用雙層多點均布，這樣做的好處有以下兩點：第一，雙層噴槍如果都采用伸縮式，那么就可以依據煙氣中NOx的濃度來調整噴槍的啟停。如果NOx的濃度不高，可以僅開啟一層噴槍，當煙氣中的NOx濃度上升到一定程度后再啟動第二層噴槍，這樣就可以大幅度降低對還原劑的消耗，降低技術的運用成本。現實中，噴搶啟停和濃度檢測可以構成閉環的自動反饋和控制系統。第二，當爐窯的煙氣溫度發生變化時，可以依據實際情況靈活啟動噴槍，這樣就大大地增加了系統對工況的適應范圍。

3.2 在最佳溫度區域內的停留時間

當氨水噴入到爐窯后，為了使NH3和NOx在短時間內實現充分反應，需要在停留的時間內實現氨水與煙氣的充分混合。通常來說，隨著停留時間的延長，脫硝效果會明顯提升。即使在溫度偏低的情況下，通過適當增加混合物在最佳區域的停留時間，也能促使脫硝率達到可以接受的程度。現實中，停留時間的設計值可以根據實際情況確定。

3.3 噴入的反應劑與爐內煙氣混合程度

噴入爐窯內的反應劑與煙氣的混合程度主要受反應劑的霧化程度影響。因此，有必要選擇合適的噴嘴，通過對噴射方向、霧化角以及噴射速度的合理調節來促使反應劑可以盡可能地達到最佳霧化效果，從而促使反應劑與煙氣可以實現充分混合的目的。取得滿意脫硝效果的關鍵還涉及到噴射點位置與噴射點數量的影響，如果發現反應劑與燃燒煙氣沒有實現充分混合，那么還可以采用如下應對措施：增加噴嘴數量；擴大噴射區等。

4 SNCR法水泥窯脫硝工藝系統的構成

4.1 還原劑接收系統

對于水泥窯燃燒煙氣的脫硝處理工作，還原劑氨水一般都選擇外購。外購的氨水在運送到廠區后，可以通過離心泵將其輸送至氨水儲罐中。考慮到氨水具有易揮發的特性，可以將氨水儲罐和氨水稀釋系統相連，這樣揮發的NH3也可以被水稀釋吸收，進而降低氨逃逸。與氨水作為還原劑不同，如果水泥窯的煙氣脫硝處理系統選擇尿素作為還原劑，那么一般會選擇本廠自行制備。首先由工人拆開尿素袋，并將其投入到尿素給料斗中，再通過提升機將其輸送至尿素溶液制備容器中，尿素顆粒通過與除鹽水混合并溶解，進而就可以制備出濃度滿足需求的尿素溶液。

4.2 還原劑存儲系統

還原劑儲存系統主要由還原劑儲罐、吸收罐、稀釋水儲罐等構成。因為該系統的空間占用較大，所以需要根據水泥生產現場的實際條件，盡量將存儲系統布置在均化庫附近。為了實現對還原劑儲量的精確檢測，可以在還原劑儲罐中加裝液位計，并將液位信息實時地傳輸給脫硝控制系統。為了避免因氨水泄露而導致的向罐區外的溢流擴散問題，可以在罐區周圍設置相應的混凝土圍堰及排水溝。endprint

4.3 還原劑噴射系統

來自存儲系統的還原劑通過噴射泵輸送至混合系統，待充分混合后會被輸送至噴霧系統。每套噴射泵及其控制系統都由多級離心變頻泵、流量計、回流裝置以及相應的閥組成。整個系統要布置在儲罐附近。

4.4 噴射系統

噴槍是SNCR脫硝工藝系統的關鍵部位。所有噴槍應該圍繞爐窯對稱均布。整個噴射系統應實現閉環的自動反饋和調節功能，通過對水泥窯煙囪出口處NOx排放值的實時檢測，并將檢測信號反饋給控制系統，進而就可以實現對還原劑噴射量的自動調節，在確保脫硝率滿足要求的前提下盡可能地降低還原劑消耗。

4.5 控制系統

對于水泥窯上的SNCR脫硝工藝控制工作，可以采用PLC控制系統和獨立的中控系統，這樣既可以對爐窯內的還原劑噴射量進行自動控制，而且也能對系統的運行負荷進行有效調節，使脫硝工藝系統可以長期、穩定地運行。

控制系統主要由就地控制柜、PLC控制器和接線箱等組成。接地控制柜主要實現對水泵啟停、切換、報警和報警解除以及緊急停止等命令的現場控制。PLC控制器則對整個SNCR脫硝工藝系統實施控制，包括了對遠程信號的接收、計算和傳輸。此外，在不影響熟料生產的條件下，還可以配備獨立的中控系統來實現與PLC控制器間的自由切換。

5 結語

為了對水泥行業的NOx排放加以控制，同時也為了能夠促進水泥行業獲得更好地發展，有必要對SNCR脫硝技術加強開發和應用工作，通過不斷對現有技術的改進和優化來達到更優的脫硝處理效果。

參考文獻

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