干法水泥熟料生產線SNCR脫硝技術

張家榮

摘 要：選擇性非催化還原（SNCR）脫除NOx技術是把含有NHx基的還原劑（如氨氣、氨水或者尿素等）噴入爐膛溫度為850～1100℃的區域，與 NOx發生還原反應生成N2和水。本裝置通過開發數學模型來合理設置自動調整氨水濃度及氨水和壓送空氣流量系統、設計多層可封堵噴入口的伸縮式雙流體微孔噴槍系統，大幅提高脫硝效率，脫硝效率可達75%以上。

關鍵詞：SNCR；催化；還原；氨水

中圖分類號：TQ172.6 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）22-0142-02

Abstract： Selective non-catalytic reduction（SNCR）NOx removal technology involves injecting NHx-based reductants（such as ammonia， ammonia or urea）into the furnace at a temperature of 850～1，100℃， which reacts with NOx to form N2 and water. Through the development of mathematical model， the automatic adjustment of ammonia concentration and ammonia water and pressure air flow system are set up， and the telescopic two-fluid micro-hole lance system is designed， which can block the inlet of spray. The denitrification efficiency is greatly improved， and the denitrification efficiency can reach more than 75%.

Keywords： SNCR； catalytic； reduction； ammonia water

引言

“十二五”期間，國家將加大對氮氧化物的排放控制。“十二五”期間我國氮氧化物排放總量要達到減排10%的目標。這就需要加大對電力、水泥、冶金等行業產生的氮氧化物進行控制。水泥行業氮氧化物的排放量占全國工業排放總量的15%左右，已是居火力發電、汽車尾氣之后的第三大氮氧化物排放大戶。工信部582號文件關于水泥工業節能減排的指導意見，提出了具體的量化目標：到“十二五”末，氮氧化物在2009年的基礎上降低25%。同時指出，新建或改擴建水泥（孰料）生產線項目必須配置脫硝裝置。且脫硝效率不低于60%。因此，探討水泥行業最佳可行的脫硝技術顯得尤為迫切。

毫無疑問，“十二五”期間水泥行業將成為我國氮氧化物控制重點領域。隨后國家環境保護部先后發布了《火電廠大氣污染物排放標準》（GB13223-2011）、《水泥工業大氣污染物排放標準》（GB4915-2013）及《鍋爐大氣污染物排放標準》（征求意見稿），其中《水泥工業大氣污染物排放標準》自2014年3月1日起實施，并規定水泥工業中大氣污染物氮氧化物的排放濃度限值為400mg/Nm3，重點地區企業水泥工業大氣污染物氮氧化物的排放濃度限值為300mg/Nm3，水泥工業大氣污染物的治理工作已經迫在眉睫。

1 工作原理

還原NOx的主要方程式為：

4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O

2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O

SO2+1/2O2→SO3

這個反應只在很狹窄的溫度范圍內（850-1100℃）進

行，此時的反應就是選擇性非催化還原反應（SNCR）的溫度范圍。

2 系統組成

SNCR脫硝裝置主要包括還原劑接收及儲存單元、還原劑噴射單元、PLC控制單元等。

2.1 還原劑接收及儲存單元

氨水接收系統的功能是將氨水從運輸罐車接收并輸送到儲存系統中存儲，本套系統為接收系統配置一臺氨水接收泵，并配一套手動控制閥組，現場接收泵啟動控制柜。

氨水儲藏區內主要安置設備為氨水儲藏罐。氨水儲罐的液位通過液位計與控制系統相聯，另外儲罐配備就地液位計便于觀察。氨水儲罐上方設置防雨棚，四周開放，保證氨區安全；四周設計90cm高的圍擋以及排水溝以防止氨區廢液擴散。一般情況下，氨罐存儲量要保證系統滿負荷脫硝運行5天的量。

2.2 還原劑稀釋計量單元

當分解爐里的NOx濃度發生變化時，噴射在爐膛里的還原劑（氨水）量也會發生變化，這就直接影響到噴射器里的流量也會發生突變。一旦噴射單元里的流量發生較大變化，就會導致爐膛里的霧化效果，進而導致氮氧化物的去除效率，同時也會影響到氨的逃逸率。

2.3 還原劑噴射單元

首先，按一定濃度比例進行還原劑（氨水）配制，然后將配置好的液體輸送到各層噴射區，各噴射區通過氣體壓力控制系統對噴射液體進行控制，采用可伸縮噴槍進行距離調節驅動推進。系統所需的霧化介質采用壓縮空氣。

每只噴射器都含有氣動的噴槍移動裝置，實現自動推進和退出噴射器動作。推進器的位置信號接到SNCR控制系統上，與開/停壓縮空氣和開/停氨水泵動作聯動，實現整個SNCR系統的噴槍自動運行。噴槍配置就地控制柜，可以直接就地操作控制噴槍進行檢修和維護，同時實現SNCR自控系統的遠方程控操作，并顯示設備實際工作狀態信號。一個就地控制柜可以控制多個噴射器，每個噴射點的噴槍可單獨進退。

噴槍是噴霧系統的核心也是整個SNCR系統的重要組成部件。在分解爐的鵝頸管上升段布置4支噴槍，在分解爐中部布置6支噴槍，噴槍沿分解爐圓周方向均勻分布，整個噴霧系統擁有自反饋和自動調節功能，通過監測煙囪出口的氮氧化物的排放量，利用反饋調節系統來控制噴射氨水的量，在保證脫硝效率的情況下進行有效控制。

2.4 PLC控制系統

SNCR脫銷單元采用全新的PLC控制系統，能實現爐膛內部所需還原劑量的自動調控，整個單元能跟隨負荷改變而發生改變，使脫銷單元長期，穩定運行。整個控制系統包括接地控制柜、PLC控制柜、數據線。接地控制柜包括了水泵的啟停、切換。PLC控制柜對脫銷單元進行必要的調控，包括對遠程數據的輸入、整理和輸出。PLC根據出口處氮氧化物的濃度的監測濃度在自動模式下系統根據實際測定值與設定值來調節還原劑的用量來保證出口處氮氧化物的含量。系統也可以無擾切換為手動模式來現場就地手動調節還原劑的噴射量。

2.5 事故處理系統

氨水儲存區域設置清水罐、氨氣檢測儀、噴淋水泵及噴淋系統，用于氨（氨氣）泄漏時的事故噴淋；設置一套氨氣泄漏在線監測儀，當氨水儲罐內氨氣出現泄漏可能發生危險時，檢測儀發出報警，并啟動事故噴淋泵，噴射清水吸收氨氣；設置廢液地坑，當需要將氨水儲罐排空時將氨水排入廢液地坑，待儲罐檢修完成后再由廢液泵將廢液地坑內氨水輸送回氨水儲罐。

3 主要性能指標

（1）最小脫硝效率>75%

（2）NOx排放濃度（mg/Nm3）<240

（3）氨逃逸率（ppm）7-8

（4）SNCR系統運行時，氨逃逸濃度滿足《惡臭污染物排放標準》（GB14554-93）要求（實際排放濃度約相當于國家標準的1%）。

（5）設計設備運行噪音小于85dB（A），保證噪聲不會對周邊環境構成危害。

4 結束語

本脫硝裝置采用多種新型技術相結合的方法，脫硝裝置集合了傳統脫硝裝置的優點，克服脫硝效率低、氨逃逸率高的缺點。由于采用可伸縮式雙流體微孔噴槍，具有霧化強度大、氨逃逸率低、使用壽命長等特點，使脫硝裝置增加了使用的適應性，提高了脫硝效率。本產品脫硝后的氣體含NOx濃度完全能達到國家新的環保排放標準要求，脫硝效率高達75%。

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