工業窯爐煙氣脫硝工藝技術探討

文_張燕 山西省長治生態環境監測中心

工業窯爐煙氣脫硝是解決工業生產和環境污染矛盾的關鍵。在科學技術飛速發展的大環境下，煙氣脫硝工藝技術愈發先進，種類也越來越多，但都各有其獨特的優缺點以及應用效果，需要結合工業窯爐的生產特點，選擇合適的煙氣脫硝工藝以及技術參數，才能提升煙氣脫硝效率，緩減空氣污染，因此開展工業窯爐煙氣脫硝工藝技術的探討分析顯得尤為必要。

1 工業窯爐煙氣脫硝中常用的工藝技術

1.1 SNCR工藝技術

SNCR工藝技術是目前工業窯爐煙氣脫硝中常用的工藝技術之一，主要機理是將含有NHx基的還原劑通過高壓噴射的方法，噴入到工業窯爐爐膛溫度在800～1100℃的區域，此區域溫度比較高，可將還原劑快速分解成NH3，NH3能夠和工業窯爐生產運行中形成煙氣中的NOx發生化學反應，形成氮氣和水，從而達到煙氣脫硝的目的。和其他脫硝工藝相比，SNCR脫硝工藝的特點是效率比較低，只能達到25%～40%；具有較寬的氨氣陶藝條件，工程造價比較低，占地面積小，多應用在老舊工業窯爐改造中，新建鍋爐如果能夠按照鍋爐生產運行的實際情況進行設計改造，煙氣脫硝效率會大幅度提升。

1.2 SCR工藝技術

SCR工藝技術也煙氣脫硝中比較常用的方法，其主要機理是在固體催化劑的作用下，利用還原性氣體，如氫氣、一氧化碳、烴類、氨氣等和NOx快速反應，促使NOx轉換成沒有污染的氮氣。和SNCR工藝技術相比，SCR工藝技術最顯著的特點是脫硝效率比較高，最高可達到90%以上，而且現有技術比較成熟，系統運行過程安全可靠，維護難度小成本低。多應用在煙氣脫硝效率比較高的工業窯爐生產中。

1.3 SNCR和SCR聯合工藝技術

此種工藝技術也是煙氣脫硝中常用的技術，此項技術最大的特點是可有效彌補SNCR工藝技術脫硝效率低和SCR工藝技術成本高的不足。主要的應用機理是通過布設在鍋爐爐墻上的噴射系統，先將準備好的還原劑噴入爐膛中，在高溫作用下，還原劑會和煙氣中的NOx發生非催化還原反應，完成第一步脫硝。然后，那些未完全反應的還原劑會重新進入到反應器中進行進一步脫硝。此種煙氣脫硝技術最大的特點是煙氣脫硝效率比較高，催化劑的應用量小，反應塔的體積小，占地面積小，而且有效簡化了還原劑噴射系統，提升了SNCR階段的脫硝效率。多應用在綜合實力強大，資金充裕，且對煙氣脫硝要求比較高的工業窯爐煙氣脫硝中。

2 SNCR在水泥生產窯爐煙氣脫硝應用的要點

2.1 案例分析

某水泥生產企業，在窯爐生產中主要采用的燃燒物質為燃煤，煤炭在生產中會形成大量煙氣，煙氣中含有很多NOx。為控制空氣污染，該企業在2019年決定對生產窯爐進行改造，用SNCR工藝技術來取代傳統的煙氣脫硝工藝，改造標準為滿足長期生產5000t/d的熟料水泥煙氣脫硝。具體的燃煤煙氣參數為煙氣量5.8×103Nm3/h，煙氣溫度為900℃，NOx的濃度為900～390mg/Nm3，窯爐煤耗為27.6t/h，

2.2 SNCR工藝流程

在案例水泥生產企業窯爐改造中，采取了SNCR工藝技術，具體的設備為還原劑、窯爐、除塵脫硝裝置、引風機、煙囪。其中還原劑采取用了氨水，濃度為20%，通過化工泵輸送到靜態混合器中，和稀釋水模塊輸送來的軟化水進行定量混合后，再通過計量分配裝置精確到各個噴槍中，噴入到窯爐爐膛中，實現煙氣脫硝處理。

2.3 SNCR脫硝工藝性能參數選擇

案例工程窯爐SNCR煙氣脫硝工藝的主要性能參數：①煙氣脫硝入口煙氣參數為：溫度不低于850℃時，SNCR煙氣脫硝工藝NOx的去除率不能低于65%。②氨氣的逃逸濃度超過8mg/Nm3，所謂氨氣逃逸濃度指的是SNCR煙氣脫硝工藝反應區出現氨氣的濃度。③SNCR煙氣脫硝工藝在運行中為保證脫硝效率，脫硝裝置儀用的空氣量為0Nm3/min，雜用空氣量則為40～80Nm3/min。④在滿足該水泥生產企業窯爐生產NOx去除率和氨氣逃逸條件下，SNCR煙氣脫硝工藝的還原劑25%氨水的消耗量不宜超過632kg/h。⑤SNCR煙氣脫硝工藝在運行中最低的煙氣溫度為850℃，最高的煙氣溫度為1100℃。⑥控制SNCR煙氣脫硝系統的可用率不低于98%，各種裝置的可用率也不低于98%。

3 提升SNCR煙氣脫硝工藝運行效果的方法

3.1 均勻噴入適量的還原劑

SNCR煙氣脫硝系統由多個模塊共同組成，其中SNCR反應模塊是重中之重，指的是未經脫硝的煙氣和氨氣充分混合之后，在適當的溫度區域內形成化學反應的功能區域。為提升SNCR煙氣脫硝工藝的利用效果，在提升煙氣脫硝效率的基礎上，控制成本，提升SNCR煙氣脫硝裝置的使用壽命。必須結合實際情況，在脫硝中均勻噴入還原劑。以保證在適宜的溫度范圍中，促使煙氣中的氮氧化合物能夠和氨氣進行充分反應，提升形成氮氣和水的量，從而達到去除煙氣中氮氧化合物目的，降低對周圍環境造成的污染。

3.2 切實做好氨水的存儲和供應

氨水是SNCR煙氣脫硝工藝運行的主要還原劑，其存儲和供應效果，直接關系到整個SNCR煙氣脫硝工藝運行的質量以及氮氧化合物的去除率。在案例企業生產中用于氨水存儲和供應的設備比較多，包括氨水運輸車、卸氨泵、氨水存儲罐、氨氣緩沖罐、氨水共供應系統等。這些設備的運行質量，直接關系到氨水存儲和供應的效果。因此， SNCR煙氣脫硝工藝系統建設完成之后，要定期對這些設備進行檢修和維護，發現問題及時處理，以保證各種設備始終處于安全穩定的運行狀態。為提升廢水的循環利用率，需要通過氨水存儲罐來收集罐體中濃度比較低的氨水，以及消防冷卻噴淋廢水。低濃度的氨水重新配置后可達到再次使用的目的。而那些廢水經過簡單的沉淀之后，可利用排污泵重新返回到氨水存儲罐進行搭配使用，從而節約氨水，實現重新利用，既能保證煙氣脫硝的效率，也可以降低SNCR煙氣脫硝工藝運行成本。

3.3 加強對給料分配模塊的管理力度

給料分配模塊也是組成SNCR煙氣脫硝系統的主要模塊，其主要作用是實現對氨水的合理分配，并對壓縮空氣以及還原劑的流量進行精確控制。在此模塊中，配置了一個用來檢測和控制SNCR煙氣脫硝系統正常運行時所需的氨水量，一個控制流量的閥門，以及一個流量變送器。通過三個裝置的相互配合，可實現SNCR煙氣脫硝系統的自動化運行，自動化控制噴槍的氨水總流量。再輔以手動閥門、氣動控制閥門、玻璃浮子流量計等，就能實現對每根噴槍流量的精確控制，提升煙氣脫硝效果。

3.4 加強對氨水噴槍的控制

氨水噴槍也是組成SNCR煙氣脫硝系統的主要設備，其控制效果直接關系到煙氣脫硝質量。氨水噴槍的主要作用促使還原劑能夠和煤炭燃燒得煙氣充分混合，并且在發生故障時，能夠及時進行手動投退。但噴槍噴嘴位置的霧化效果，對煙氣脫硝效率造成的影響比較大。在具體生產控制中可采用機械霧化或者空氣霧化的方法來提升噴槍的霧化效果，同時要保證噴頭的介質霧化角度不低于130°，從而最大限度上擴大還原劑噴出時和煙氣的接觸面積，提高反應率，從而提升煙氣脫硝效率。

3.5 嚴格管控分散控制系統

在案例水泥生產企業SNCR煙氣脫硝工藝改造中，為提升煙氣脫硝的效率，保證排除的煙氣符合國家相關標準，在進行分散控制系統設計和選型中，要盡量選用功能分散和物理分散相互結合的方法，并保證控制水平和水泥生產窯爐運行自動化水平相互一致，能夠合理地納入納入現有水泥生產的控制網絡中，以保證二者在硬件和軟件上的一致性，避免大幅度改動增加成本。分散控制系統的主要功能是接收來自窯爐和其他附屬控制柜的各種數據信號，并對這些數據信號進行分析，按照分析結果及時調整SNCR煙氣脫硝工藝運行的各種參數，以保證整個系統始終處于安全、溫度、可靠的運行狀態。

4 結語

水泥生產窯爐多以煤炭作為動力，煤炭燃燒形成的煙氣中含有大量氮氧化合物，如不加處理或處理工藝不當，排放到空氣中后會對周圍的空氣造成很大污染，破壞生態環境，采用SNCR煙氣脫硝工藝技術，并加強控制管理，可大幅度提分煙氣脫硝效率，可大范圍推廣應用。