方芳

（銅陵市環(huán)境監(jiān)測中心站，安徽銅陵244000）

SNCR技術在水泥窯煙氣脫硝中的應用

方芳

（銅陵市環(huán)境監(jiān)測中心站，安徽銅陵244000）

通過對比分析水泥窯脫硝技術并結合我國具體國情，探討出適合我國的水泥窯脫硝技術—SNCR技支。闡述了SNCR技術的原理、特點、工藝、減排效益；并通過SNCR在水泥窯煙氣脫硝中的實際應用情況、監(jiān)測數(shù)據(jù)、減排效益等，為我國水泥行業(yè)氮氧化物減排治理工作提供參考。

SNCR技術；氮氧化物（NOX）、煙氣脫硝、水泥窯

氮氧化物（NOX）是大氣主要污染源之一，主要包括NO、NO2、N2O、N2O3、N2O4、N2O5等。NOX對人、動植物具有極大危害性。當空氣中的NOX含量達100～150ppm時，人在達0.5-1h內就會引起肺水腫而死亡；當空氣中NOX含量2.5ppm時，豆類及西紅柿葉子在7h后就變成白色。NOX也是形成酸雨、酸霧、化學煙的原因之一。

目前我國NOX的排放量與歐、美等發(fā)達國家相比處于較高的水平，現(xiàn)已成為世界NOX排放大國。從2008年《大氣污染防治法（修訂草案）》將NOX作為重要治理領域后，我國對NOX控制日趨重視。

在NOX工業(yè)源排放中，全國水泥行業(yè)約占排放總量的10%左右，僅次于電力和機動車尾氣排放，位居第三位，因此水泥行業(yè)NOX減排在我國NOX總量控制中占有很多重要地位。水泥行業(yè)低NOx排放控制技術主要有低氮燃燒技術和煙氣脫硝技術，其效能情況如表1。

綜合上述，根據(jù)“技術先進、工藝成熟、經(jīng)濟合理”的選擇原則，選擇性非催化還原（SNCR）煙氣脫硝技術可達到確保在較低運行成本的狀態(tài)下，實現(xiàn)系統(tǒng)NOx減排目標。

1.SNCR技術的原理

SNCR是Select None-Catalytic Reduction的簡稱，全稱：選擇性非催化還原。其基本原理是：將氨水（入罐質量濃度20%-25%，入爐質量濃度10%-15%）通過霧化噴射系統(tǒng)直接噴入分解爐合適溫度區(qū)域，霧化后的氨與NOX（NO、NO2等混合物）進行選擇性非催化還原反應，將NOX轉化成無污染的N2和水。氨水噴入點的位置至關重要，當噴入點的溫度過低時，脫硝反應效率會降低；當噴入點的溫度過高時，氨會直接被高溫氧化成N2和NO，最終也會影響脫硝反應效率。因此為了提高脫硝反應效率并實現(xiàn)NH3的逃逸最小化，噴入點的選擇一般需要滿足以下條件：（1）溫度為850℃-970℃的區(qū)域；（2）在氨水噴入的位置沒有火焰；（3）氨水在反應區(qū)域有足夠的停留時間（1-2s）。噴氨后分解爐內發(fā)生的化學反應主要有：

表1 水泥窯低NOx技術應用效能的比較

該技術的脫硝效率一般為30%-60%。NOX脫除效率與NH3/NOX摩爾比的關系如下圖。

圖1 NOX脫除效率和NH3/NOx摩爾比的關系

2.SNCR技術的優(yōu)點

（1）該煙氣脫硝技術的效率一般為30～60%；

（2）系統(tǒng)簡單，工程量小，不需要改變現(xiàn)有燒成系統(tǒng)工藝和設備設置，只需另行配置SNCR脫硝裝置即可；

（3）由于不需要昂貴的催化劑和體積膨大的催化反應塔，土建工程量小，項目造價低，運行成本可根據(jù)實際情況來控制調整；

（4）系統(tǒng)阻力小，無需考慮在現(xiàn)有的燒成系統(tǒng)中額外附加阻力；

（5）系統(tǒng)占地面積小，需要較小的氨水儲存位置，不需要占用很大的場地面積。

3.SNCR脫硝技術存在的問題

（1）若單獨使用該技術，脫硝效率達60%以上，則氨水消耗量較大，運行成本高；

（2）由于需要從分解爐上部高溫段噴入氨水，根據(jù)氨水噴入量的不同，會對燒成系統(tǒng)的熱耗產(chǎn)生一定的影響；

（3）分解爐噴入氨水后可能生成的(NH4)2SO4和NH4HSO4腐蝕和堵塞管道；

（4）氨的逃逸量一般為10ppm（8mg/Nm3）左右。

4.SNCR技術在水泥窯煙氣脫硝中的實際應用

SNCR技術在國內水泥生產(chǎn)線已有較多的實例，現(xiàn)以本市某大型水泥廠12000t/d熟料生產(chǎn)線煙氣脫硝技改工程為例，詳細介紹SNCR技術實際應用:

該水泥廠在現(xiàn)有低氮燃燒技術的基礎上，采用選擇性非催化還原（SNCR）煙氣脫硝技術，配置SNCR煙氣脫硝設施，在分解爐上部合適的溫度區(qū)間內噴入還原劑，與煙氣中NOX發(fā)生還原反應，降低NOX的排放。通過在低氮燃燒技術的基礎上，配套建設SNCR煙氣脫硝技術設施，確保在較低運行成本的狀態(tài)下，實現(xiàn)系統(tǒng)NOX減排目標（去除效率達60%以上）。

4.1 工藝簡介

SNCR系統(tǒng)主要包括氨水卸載、儲存系統(tǒng)及氨水計量系統(tǒng)、氨水加壓控制系統(tǒng)、噴霧系統(tǒng)和PLC控制系統(tǒng)等部分組成，工藝流程及系統(tǒng)控制圖如下圖所示：

圖2 SNCR煙氣脫硝工藝流程圖

圖3 SNCR煙氣脫硝系統(tǒng)控制圖

4.2 還原劑儲存、輸送系統(tǒng)

選用質量分數(shù)為20%-25%的氨水作為還原劑，氨水儲罐的設計為常壓、常溫，儲罐材質使用304材質，氨水儲罐設置兩座，一備一用。為了保證氨水罐內有足量的氨水，并且壓力適當，氨水罐需要配置液位計、真空閥、排氣閥等附屬設施。氨水儲罐內一旦超壓，呼吸閥會自動開啟，使罐內壓力回落到正常水平。來自氨水儲罐的氨水通過加壓泵加壓后，由計量器分配直接進入噴霧系統(tǒng)。每臺分解爐必須配置一套計量分配系統(tǒng)，用于控制分解窯每個噴射區(qū)的還原劑流量。

4.3 噴射系統(tǒng)

噴槍是噴霧系統(tǒng)的核心也是整個SNCR系統(tǒng)的關鍵部件。為提高脫硝反應的效率，在本項目設計將噴槍布置在分解爐出口鵝頸管位置，共布置兩層，每層5把噴槍，一共10支噴槍，所有噴槍圍繞煙道周向對稱均布。噴槍為雙流體噴槍，以壓縮空氣為噴射動力，保證霧化效果和噴射覆蓋范圍，能適應不同的稀氨水的流量，在流量變化幅度較大時也能保持優(yōu)良的霧化效果。

為了提高脫NOX的效率并實現(xiàn)窯尾煙囪NH3的逃逸最小化，噴射位置選擇應滿足以下條件：在氨水噴入的位置沒有火焰；在反應區(qū)域維持合適的溫度范圍（850-950℃）；在反應區(qū)域有足夠的停留時間：不小于1秒。

4.4 減排效益

該水泥廠在SNCR脫硝系統(tǒng)技改前后，均對生產(chǎn)線窯尾的NOX進行了監(jiān)測，監(jiān)測結果如下表2：

表2 廢氣固定源監(jiān)測結果

由此可以看出，12000t/d熟料生產(chǎn)線窯尾尾氣（脫硝前與脫硝后）脫硝前后NOX去除效率為61.04%、一年合計可減少氮氧化物排放量約為3778噸（按年生產(chǎn)8000小時計）。

4.5 項目投資

項目前期總投資約895萬，運行投產(chǎn)后，主要成本為還原劑（氨水）的外購，經(jīng)核實，運行費用約2.0元/噸熟料。本項目雖然沒有直接的經(jīng)濟效益，但大大減少了NOX，具有很大的社會效益和環(huán)境效益。

5.結論

我國現(xiàn)已明確將加強NOX排放的控制力度，環(huán)境保護部與國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局與2013年12月27日聯(lián)合發(fā)布了《水泥工業(yè)大氣污染物排放標準》，其中對NOX的排放有了嚴格的要求。SNCR在脫硝技術中具有脫硝效率高，運行成本較低的優(yōu)點，通過與低氮燃燒技術結合可獲得更高的脫硝效率；且SNCR技術占地面積小，布局容易，更適合現(xiàn)有機組的技術改造。因此SNCR技術必將在水泥脫硝行業(yè)中占據(jù)重要地位。

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（責任編輯：劉小斌）

TQ172.62

A

1671-752X（2014）03-0064-03

2014-05-17

方芳（1980-），女，安徽銅陵人，銅陵市環(huán)境監(jiān)測中心站工程師。