水泥生產(chǎn)線SNCR精準脫硝噴氨點的研究與應用

李志強，軒紅鐘，張宗見，宗青松，王 斌

（安徽海螺建材設(shè)計研究院有限責任公司，安徽 蕪湖 241070）

0 引言

在生態(tài)文明建設(shè)的大背景下，全國各地環(huán)保政策逐漸收緊，不斷出臺超低排放標準，環(huán)保管形勢日益嚴峻。目前，水泥行業(yè)應用最廣泛的脫硝技術(shù)為選擇性非催化還原脫硝（SNCR脫硝），該技術(shù)具有系統(tǒng)流程簡單，投資少等特點，在水泥行業(yè)得到了廣泛應用。

SNCR脫硝技術(shù)是在沒有催化劑的情況下，將氨基的還原劑噴入爐膛溫度為850～1100℃的區(qū)域，與NOx發(fā)生還原反應生成N2和H2O[1]，脫硝反應效率及氨水利用效率受溫度窗口、粉塵濃度、停留時間、氨水噴槍位置等因素的影響[2-4]。

本文借助CFD計算機流體仿真模擬技術(shù)，開展SNCR精準脫硝位置流場的模擬分析，通過SNCR噴槍的合理布置，從而達到延長氨水與廢氣中氮氧化物的混合反應時間的目的，同時減少了粉塵、CO等對氨水與氮氧化物反應效率的影響，提高SNCR脫硝效率。

1 SNCR精準噴氨位置研究

1.1 噴槍布置位置

根據(jù)水泥生產(chǎn)工藝技術(shù)特點，溫度窗口在850～1100℃的SNCR脫硝噴氨位置主要在分解爐和C5旋風筒，目前大部分氨水噴槍設(shè)置在分解爐出口管道以及C5旋風筒出口管道，但存在氨水消耗量大，氨水利用率低等問題。

C5旋風筒本體經(jīng)過收塵后粉塵濃度降低約90%，溫度區(qū)間在850～890℃，CO濃度較分解爐大大降低，可作為SNCR脫硝噴槍布置位置，提高SNCR脫硝效率及氨水利用效率，分解爐、C5旋風筒本體及C5旋風筒出口作為SNCR脫硝噴氨點位置指標對比情況見表1。

表1 分解爐、C5旋風筒本體及C5旋風筒出口作為SNCR脫硝噴氨點位置主要指標

C5旋風筒本體的溫度窗口、氨水混合的停留時間均能夠滿足SNCR的要求，并且CO濃度較分解爐相比低、粉塵濃度小，因此可以作為SNCR脫硝噴槍的位置。

1.2 CFD模擬分析

初步制定SNCR脫硝噴槍位置方案，并借助CFD流體模擬手段（見圖1），開展SNCR精準脫硝噴氨位置的流場分析研究。

圖1 C5旋風筒本體布置氨水噴槍流場情況

從C5旋風筒本體噴射氨水流場情況可以看出，氨水與廢氣混合，隨廢氣進行運動，并在中心位置旋轉(zhuǎn)上升進入下一級旋風筒，氨水與氣體混合停留時間1.2s以上，能夠保證足夠的反應時間。

C5旋風筒入口溫度一般在880℃左右，出口溫度在850℃左右，該溫度均在SNCR脫硝氨水與NOx反應溫度窗口。

分解爐主要承擔煤粉的燃燒及生料的分解，C5旋風筒是分解爐后續(xù)的熱工設(shè)備，煤粉在分解爐內(nèi)充分燃燒后，廢氣及分解后生料進入C5旋風，C5旋風筒CO濃度較分解爐低，減少了CO對SNCR反應效率的影響。

張云寧借助原位漫反射紅外光譜分析驗證了物料吸附NH3促使NH3發(fā)生氧化反應生成NO，抑制脫硝反應。C5旋風筒本體區(qū)域經(jīng)過收塵后，物料濃度較低，一般（標況，以下同）在80～100 g/m3，減少了物料對脫硝反應的影響。

2 工程應用效果

該技術(shù)方案在某公司生產(chǎn)線實施改造，改造過程不影響生產(chǎn)線正常運行，SNCR噴槍位置由分解爐出口4支噴槍、C5旋風筒出口各2支噴槍改造為C5旋風筒本體各4支噴槍，投產(chǎn)后，在NOx排放濃度基本相同的情況下，氨水用量顯著下降，氨水利用效率進一步提高。

圖2 改造前SNCR運行情況

該技術(shù)在某公司兩條生產(chǎn)線同時實施改造，改造前NOx排放濃度在250mg/m3左右，20%氨水用量為1100～1 400L/h，改造后，NOx排放濃度控制在240 mg/m3左右，氨水用量降低至700L/h左右，氨水用量降低40%左右，氨水利用效率提高20%以上，技改效果明顯。

截至目前，C5旋風筒作為熟料線SNCR精準脫硝噴氨位置技術(shù)已經(jīng)在100多條生產(chǎn)線應用，氨水用量較改造前節(jié)省20%以上。

圖3 改造后SNCR運行情況

3 結(jié)語

（1）熟料生產(chǎn)線中C5旋風筒本體的溫度在850～890℃，氨水與氣體的混合停留時間在1.0s以上，粉塵濃度僅為分解爐及C5旋風筒出口粉塵濃度的1/10左右，且CO濃度較分解爐低，C5旋風筒本體的溫度窗口、氨水混合停留時間均滿足SNCR的要求，且CO濃度較分解爐低、粉塵濃度小，可有效促進NH3與NO的反應。

（2）通過工程應用，SNCR脫硝噴氨位置改造為C5旋風筒本體后，在NOx排放濃度控制在相同指標的情況下，氨水用量進一步降低，較改造前降低20%以上，氨水利用效率提高10%以上。