劉春宇

摘 要：近年來，我國的經(jīng)濟(jì)社會取得了巨大的發(fā)展和進(jìn)步，但同時也面臨著嚴(yán)重的環(huán)境污染問題，其中各類大氣污染現(xiàn)象尤為嚴(yán)重，已經(jīng)給人民群眾的日常生活和工作造成了巨大的困擾，同時也給國民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展造成了諸多不利因素。水泥行業(yè)作為NOx的主要排放行業(yè)之一，其氮氧化物的排放量已是居火力發(fā)電、汽車尾氣排放之后的第三排放大戶，采用脫硝技術(shù)降低NOx的排放對應(yīng)對大氣污染問題至關(guān)重要。本文對SNCR法在水泥窯上的應(yīng)用問題進(jìn)行了一些有意義的探討，希望對水泥行業(yè)的脫硝處理工作能夠有所借鑒。

關(guān)鍵詞：水泥窯 SNCR 脫硝工藝系統(tǒng)

中圖分類號：X78 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）11（c）-0107-02

在各類環(huán)境污染問題中，大氣污染是比較嚴(yán)重的，水泥行業(yè)作為NOx的主要排放行業(yè)之一，采用脫硝技術(shù)降低NOx的排放量對應(yīng)對大氣污染問題至關(guān)重要。本文對SNCR法在水泥窯上的應(yīng)用問題進(jìn)行了一些有意義的探討，希望對水泥行業(yè)的脫硝處理工作能夠有所借鑒。

1 水泥窯煙氣NOx生成

水泥行業(yè)的回轉(zhuǎn)窯在進(jìn)行生產(chǎn)過程中，會產(chǎn)生大量的煙氣，而這些煙氣中含有NOx。現(xiàn)實中，水泥生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的NOx的主要成分是NO和NO2，其中存在以下兩種形成機(jī)理：熱力型NOx和燃料型NOx。其中，熱力型NOx是水泥窯物料燒成過程中排放的主要形式，其濃度約為1500～2600mg/Nm3；燃料型NOx的濃度約為800～1300mg/Nm3。

2 選用尿素作為脫硝還原劑的SNCR脫硝工藝

采用尿素作為還原劑的SNCR脫硝工藝系統(tǒng)主要由尿素溶液儲罐、輸送泵、調(diào)節(jié)閥、噴嘴和NOx檢測儀等組成。系統(tǒng)的工作流程主要包括尿素的儲備、輸送、計量分配和噴射等。尿素儲備裝置由溶液配置容器和儲存罐等組成。配制好的溶液會經(jīng)由輸送泵送至分解爐前的噴射系統(tǒng)。噴射位置應(yīng)該根據(jù)爐內(nèi)的溫度進(jìn)行確定。隨著煙氣溫度的變化，尿素溶液的噴射位置也必須隨之調(diào)整，確保其始終對準(zhǔn)爐內(nèi)的最佳反應(yīng)溫度窗口。至于噴射點的流量可以通過調(diào)節(jié)閥來實現(xiàn)精確控制。

3 選用氨水作為脫硝還原劑的SNCR脫硝工藝

當(dāng)選用氨水作為還原劑時，SNCR脫硝工藝系統(tǒng)主要由卸氨系統(tǒng)、氨水儲存系統(tǒng)、氨水輸送系統(tǒng)、稀釋計量系統(tǒng)、分配系統(tǒng)、噴射系統(tǒng)和控制調(diào)整等系統(tǒng)組成。氨水是NH3的水溶液，具有無色、透明和易揮發(fā)的特性，同時NH3作為一種有毒且易爆的危險物質(zhì)，在對其進(jìn)行儲備和輸送時必須特別注意。下面將對該工藝系統(tǒng)使用過程中的幾個注意事項進(jìn)行詳細(xì)討論。

3.1 氨水噴入位置及噴槍布置

氨水作為還原劑時，對反應(yīng)的溫度條件比較敏感，所以溫度窗口的選擇就變得非常重要。噴嘴位置的選擇關(guān)系到SNCR工藝系統(tǒng)的脫硝處理效果，選擇合適的噴嘴位置通常可以借助以下兩種方式來達(dá)成：第一，溫度流場模擬技術(shù)。通過對爐窯內(nèi)溫度的分布狀況進(jìn)行模擬來確定最佳位置。第二，現(xiàn)場測試爐窯內(nèi)的溫度。通過對現(xiàn)場爐窯內(nèi)溫度分布狀況的測試來確定噴嘴的最佳位置。以氨水作為還原劑的最佳反應(yīng)溫度區(qū)間為850℃～1050℃。

噴槍布置推薦采用雙層多點均布，這樣做的好處有以下兩點：第一，雙層噴槍如果都采用伸縮式，那么就可以依據(jù)煙氣中NOx的濃度來調(diào)整噴槍的啟停。如果NOx的濃度不高，可以僅開啟一層噴槍，當(dāng)煙氣中的NOx濃度上升到一定程度后再啟動第二層噴槍，這樣就可以大幅度降低對還原劑的消耗，降低技術(shù)的運用成本。現(xiàn)實中，噴搶啟停和濃度檢測可以構(gòu)成閉環(huán)的自動反饋和控制系統(tǒng)。第二，當(dāng)爐窯的煙氣溫度發(fā)生變化時，可以依據(jù)實際情況靈活啟動噴槍，這樣就大大地增加了系統(tǒng)對工況的適應(yīng)范圍。

3.2 在最佳溫度區(qū)域內(nèi)的停留時間

當(dāng)氨水噴入到爐窯后，為了使NH3和NOx在短時間內(nèi)實現(xiàn)充分反應(yīng)，需要在停留的時間內(nèi)實現(xiàn)氨水與煙氣的充分混合。通常來說，隨著停留時間的延長，脫硝效果會明顯提升。即使在溫度偏低的情況下，通過適當(dāng)增加混合物在最佳區(qū)域的停留時間，也能促使脫硝率達(dá)到可以接受的程度。現(xiàn)實中，停留時間的設(shè)計值可以根據(jù)實際情況確定。

3.3 噴入的反應(yīng)劑與爐內(nèi)煙氣混合程度

噴入爐窯內(nèi)的反應(yīng)劑與煙氣的混合程度主要受反應(yīng)劑的霧化程度影響。因此，有必要選擇合適的噴嘴，通過對噴射方向、霧化角以及噴射速度的合理調(diào)節(jié)來促使反應(yīng)劑可以盡可能地達(dá)到最佳霧化效果，從而促使反應(yīng)劑與煙氣可以實現(xiàn)充分混合的目的。取得滿意脫硝效果的關(guān)鍵還涉及到噴射點位置與噴射點數(shù)量的影響，如果發(fā)現(xiàn)反應(yīng)劑與燃燒煙氣沒有實現(xiàn)充分混合，那么還可以采用如下應(yīng)對措施：增加噴嘴數(shù)量；擴(kuò)大噴射區(qū)等。

4 SNCR法水泥窯脫硝工藝系統(tǒng)的構(gòu)成

4.1 還原劑接收系統(tǒng)

對于水泥窯燃燒煙氣的脫硝處理工作，還原劑氨水一般都選擇外購。外購的氨水在運送到廠區(qū)后，可以通過離心泵將其輸送至氨水儲罐中?？紤]到氨水具有易揮發(fā)的特性，可以將氨水儲罐和氨水稀釋系統(tǒng)相連，這樣揮發(fā)的NH3也可以被水稀釋吸收，進(jìn)而降低氨逃逸。與氨水作為還原劑不同，如果水泥窯的煙氣脫硝處理系統(tǒng)選擇尿素作為還原劑，那么一般會選擇本廠自行制備。首先由工人拆開尿素袋，并將其投入到尿素給料斗中，再通過提升機(jī)將其輸送至尿素溶液制備容器中，尿素顆粒通過與除鹽水混合并溶解，進(jìn)而就可以制備出濃度滿足需求的尿素溶液。

4.2 還原劑存儲系統(tǒng)

還原劑儲存系統(tǒng)主要由還原劑儲罐、吸收罐、稀釋水儲罐等構(gòu)成。因為該系統(tǒng)的空間占用較大，所以需要根據(jù)水泥生產(chǎn)現(xiàn)場的實際條件，盡量將存儲系統(tǒng)布置在均化庫附近。為了實現(xiàn)對還原劑儲量的精確檢測，可以在還原劑儲罐中加裝液位計，并將液位信息實時地傳輸給脫硝控制系統(tǒng)。為了避免因氨水泄露而導(dǎo)致的向罐區(qū)外的溢流擴(kuò)散問題，可以在罐區(qū)周圍設(shè)置相應(yīng)的混凝土圍堰及排水溝。endprint

4.3 還原劑噴射系統(tǒng)

來自存儲系統(tǒng)的還原劑通過噴射泵輸送至混合系統(tǒng)，待充分混合后會被輸送至噴霧系統(tǒng)。每套噴射泵及其控制系統(tǒng)都由多級離心變頻泵、流量計、回流裝置以及相應(yīng)的閥組成。整個系統(tǒng)要布置在儲罐附近。

4.4 噴射系統(tǒng)

噴槍是SNCR脫硝工藝系統(tǒng)的關(guān)鍵部位。所有噴槍應(yīng)該圍繞爐窯對稱均布。整個噴射系統(tǒng)應(yīng)實現(xiàn)閉環(huán)的自動反饋和調(diào)節(jié)功能，通過對水泥窯煙囪出口處NOx排放值的實時檢測，并將檢測信號反饋給控制系統(tǒng)，進(jìn)而就可以實現(xiàn)對還原劑噴射量的自動調(diào)節(jié)，在確保脫硝率滿足要求的前提下盡可能地降低還原劑消耗。

4.5 控制系統(tǒng)

對于水泥窯上的SNCR脫硝工藝控制工作，可以采用PLC控制系統(tǒng)和獨立的中控系統(tǒng)，這樣既可以對爐窯內(nèi)的還原劑噴射量進(jìn)行自動控制，而且也能對系統(tǒng)的運行負(fù)荷進(jìn)行有效調(diào)節(jié)，使脫硝工藝系統(tǒng)可以長期、穩(wěn)定地運行。

控制系統(tǒng)主要由就地控制柜、PLC控制器和接線箱等組成。接地控制柜主要實現(xiàn)對水泵啟停、切換、報警和報警解除以及緊急停止等命令的現(xiàn)場控制。PLC控制器則對整個SNCR脫硝工藝系統(tǒng)實施控制，包括了對遠(yuǎn)程信號的接收、計算和傳輸。此外，在不影響熟料生產(chǎn)的條件下，還可以配備獨立的中控系統(tǒng)來實現(xiàn)與PLC控制器間的自由切換。

5 結(jié)語

為了對水泥行業(yè)的NOx排放加以控制，同時也為了能夠促進(jìn)水泥行業(yè)獲得更好地發(fā)展，有必要對SNCR脫硝技術(shù)加強(qiáng)開發(fā)和應(yīng)用工作，通過不斷對現(xiàn)有技術(shù)的改進(jìn)和優(yōu)化來達(dá)到更優(yōu)的脫硝處理效果。

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