劉軍

新型干法水泥生產(chǎn)線的廢氣脫硝技術(shù)

Flue Gas Denitration Technology of New Dry Process Cement Clinker Production Line

劉軍

據(jù)統(tǒng)計(jì)，至2012年末，全國水泥企業(yè)近5000家，熟料產(chǎn)量12.8億噸，水泥產(chǎn)量20.58億噸，約占世界水泥產(chǎn)量的56%；新型干法水泥生產(chǎn)線已達(dá)到1400多條；水泥行業(yè)NOx排放總量220萬噸，占全國NOx總排放量10%左右，僅次于電力行業(yè)和機(jī)動(dòng)車尾氣排放的NOx，位居第三。中國已經(jīng)成為世界NOx排放大國，巨大的氮氧化物排放量將給人類健康和生態(tài)環(huán)境帶來災(zāi)難性的后果。因而，國家正在制定相關(guān)減排標(biāo)準(zhǔn)，要求水泥工業(yè)必須采取有效的技術(shù)手段，嚴(yán)格控制NOx排放量。

新型干法水泥生產(chǎn)線廢氣脫硝（NOx）目前所應(yīng)用的主要工藝與技術(shù)為：分級(jí)燃燒+SNCR（選擇性非催化還原法）。二者同時(shí)應(yīng)用，脫硝效率可達(dá)70%～80%。

在煙氣中NOx初始濃度不高時(shí)，采用幾乎沒有運(yùn)行成本的分級(jí)燃燒脫硝技術(shù)；而在NOx初始濃度較高或環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)苛刻時(shí)，同時(shí)使用分級(jí)燃燒和SNCR兩種脫硝技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高脫硝效率和低運(yùn)行成本的目標(biāo)。

1 分級(jí)燃燒脫硝技術(shù)

利用分級(jí)燃燒技術(shù)（包括空氣分級(jí)燃燒和燃料分級(jí)燃燒），降低分解爐內(nèi)燃料NOx的形成，并通過燃燒過程的控制，還原窯內(nèi)產(chǎn)生的NOx，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的NOx減排。

我廠采用的是空氣分級(jí)燃燒技術(shù)，其基本原理是將燃燒所需的空氣由三次風(fēng)管引出來一部分，分成兩級(jí)送入分解爐，使第一級(jí)燃燒區(qū)內(nèi)空氣過剩系數(shù)小于1，燃燒生成的一氧化碳和氮氧化物進(jìn)行還原反應(yīng)，以及燃燒氮分解成中間產(chǎn)物（如NH、CN、HCN、NHX等）相互作用或與氧化物還原分解，抑制燃料氮氧化物的形成。其主要反應(yīng)如下：

分級(jí)燃燒脫硝技術(shù)具有以下特點(diǎn)：

（1）有效降低NOx的排放，可達(dá)到20%以上的NOx脫除率；

（2）將燃燒所需的空氣分成兩級(jí)送入分解爐；

（3）無運(yùn)行成本，且對(duì)水泥正常生產(chǎn)無影響；

（4）脫硝系統(tǒng)簡單易行，建設(shè)和安裝周期短；

（5）無二次污染，分級(jí)燃燒脫氮技術(shù)是一項(xiàng)清潔的技術(shù)，沒有任何固體或液體的污染物或副產(chǎn)物生成。

2SNCR：選擇性非催化還原法

SNCR是目前工業(yè)最常用的廢氣脫硝方法，同時(shí)也是目前國內(nèi)外最成熟、使用最廣泛、效率最高的脫硝方法。不需要催化劑，投資省，工藝簡單，非常適用于干法水泥生產(chǎn)線。該技術(shù)是將氨水或尿素等還原劑噴入窯尾分解爐內(nèi)，與NOx進(jìn)行選擇性反應(yīng)，此方法須在高溫區(qū)加入還原劑。依據(jù)水泥行業(yè)熟料生產(chǎn)線的特點(diǎn)，在分解爐的適當(dāng)位置噴入脫硝還原劑，在850℃～1050℃的溫度，沒有催化劑的環(huán)境下，還原劑會(huì)優(yōu)先與NOx進(jìn)行反應(yīng)，生成無害的氮?dú)猓∟2）和水（H2O）。一般來說，在保證還原劑運(yùn)行成本合適，氨的逃逸量不超過10ppm的前提下，SNCR法可達(dá)到70%左右的脫硝效率。

其主要的化學(xué)反應(yīng)方程式為：

為了達(dá)到高的NOx脫硝效率并將氨逃逸降到最低程度，應(yīng)該滿足如下條件：

（1）還原反應(yīng)劑滲透能力強(qiáng)，液滴尺寸合理，分布均勻，與煙氣中的NOx混合良好；

（2）選擇合適的噴入點(diǎn)；

（3）在反應(yīng)區(qū)內(nèi)維持適當(dāng)?shù)臏囟确秶?/p>

表1 分級(jí)燃燒系統(tǒng)和SNCR系統(tǒng)考核檢測(cè)數(shù)據(jù)

（4）在反應(yīng)區(qū)內(nèi)獲得足夠的停留時(shí)間；

（5）控制系統(tǒng)具有良好響應(yīng)特性，對(duì)負(fù)荷變化敏感。

3 總體性能指標(biāo)

我廠為5000t/d新型干法水泥熟料生產(chǎn)線，脫硝系統(tǒng)由中國中材國際工程股份有限公司設(shè)計(jì)建設(shè)，系統(tǒng)現(xiàn)已調(diào)試完畢，實(shí)測(cè)脫硝效率如表1。

由表1可見，我廠脫硝系統(tǒng)分級(jí)燃燒單獨(dú)投運(yùn)，其脫硝效率可達(dá)到23%，若分級(jí)燃燒和SNCR共同投運(yùn)，其脫硝效率可達(dá)到80%。

本底NOx數(shù)值越高、氨水噴射流量越大，脫硝效果越明顯，在之前的一次調(diào)試過程中，本底NOx數(shù)值860（mg/m3（標(biāo)），10%O2），只運(yùn)行SNCR系統(tǒng)，同樣是25%濃度的氨水，在噴射流量0.8m3/h、0.6m3/h、0.5m3/h時(shí)，測(cè)得的平均數(shù)據(jù)分別為：187（mg/m3（標(biāo)），10%O2）、286（mg/m3（標(biāo)），10% O2）、346（mg/m3（標(biāo)），10%O2），其脫硝平均效率分別為：78%、67%、60%。

實(shí)踐驗(yàn)證了理論，SNCR系統(tǒng)的脫硝效率主要與氨水的濃度、噴射流量、預(yù)熱器氨水噴射點(diǎn)的選擇以及本底NOx的濃度有關(guān)，除此之外，只要設(shè)計(jì)合理，設(shè)備質(zhì)量可靠，就可達(dá)到滿意的使用效果。

分級(jí)燃燒系統(tǒng)在我們廠先后總共試用了近一周的時(shí)間，就我們廠窯系統(tǒng)工況而言，其具體操作方法為：C4a分料閥開度由0位開至40%的位置，C4b分料閥處于關(guān)閉狀態(tài)（作為備用系統(tǒng)），原三次風(fēng)閘板開度由50%的開度關(guān)閉到40%，即閘板下降25cm，脫氮風(fēng)管閘板閥由關(guān)閉狀態(tài)向上提升40cm。操作簡便易行，預(yù)熱器系統(tǒng)生產(chǎn)工藝參數(shù)沒有受到任何影響，也沒有發(fā)現(xiàn)預(yù)熱器結(jié)皮現(xiàn)象。

就5000t/d新型干法水泥熟料生產(chǎn)線而言，脫硝系統(tǒng)投入運(yùn)行后，每年可減少NOx排放量1900余噸，其應(yīng)用效果比較理想，不過在減排的同時(shí)也會(huì)增加一定的生產(chǎn)成本。■

TQ172.622.29

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1001-6171（2014）05-0088-02

大連水泥集團(tuán)有限公司大連水泥廠，遼寧大連116109；

2014-01-20；編輯：趙蓮