郭健

（廣東博德精工建材有限公司，佛山528000）

1 前言

自2013年9月份國(guó)務(wù)院頒布的“大氣十條”以來(lái)，各省、市政府持續(xù)發(fā)力推動(dòng)空氣質(zhì)量向好的方向前行。作為地處佛山的陶瓷行業(yè)而言，經(jīng)歷了最為嚴(yán)格的2014年度陶瓷行業(yè)廢氣綜合整治任務(wù)和近年持續(xù)不斷的各級(jí)環(huán)保督查，環(huán)保時(shí)刻保持高壓態(tài)勢(shì)。2017年，佛山陶瓷行業(yè)氮氧化物污染物限額標(biāo)準(zhǔn)由180 mg/m3降至100 mg/m3，為能達(dá)標(biāo)，陶瓷企業(yè)大多引入了選擇性非催化還原（SNCR）煙氣脫硝技術(shù)。SNCR煙氣脫硝技術(shù)是成熟的經(jīng)濟(jì)的煙氣脫硝技術(shù)，具有投資少、運(yùn)行費(fèi)用低、周期短等優(yōu)點(diǎn)，但存在氨逃逸二次污染及腐蝕設(shè)備等缺陷。因此，本文通過(guò)分析SNCR脫硝技術(shù)氨逃逸產(chǎn)生具體原因，并提出切實(shí)可行的措施加以控制，以減少氨逃逸二次污染、降低運(yùn)行成本及避免設(shè)備的腐蝕。

2 SN CR脫硝技術(shù)氨逃逸產(chǎn)生原因分析

SNCR法是把含有NHX基的還原劑，噴入爐膛溫度為850～1100℃區(qū)域，該還原劑迅速熱分解為NH3，并與NOX進(jìn)行SNCR反應(yīng)生成N2和H2O。目前主要采用氨或尿素作為還原劑，其化學(xué)反應(yīng)如下：

該法脫硝效率在30～80%不等，脫硝效率的低下將會(huì)直接影響氨逃逸的產(chǎn)生，且由于氨具有腐蝕性，過(guò)多的氨逃逸會(huì)腐蝕設(shè)備，因此，必須實(shí)時(shí)保證脫硝效率在高點(diǎn)。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，脫硝效率或氨逃逸主要與噴入點(diǎn)的煙氣溫度、自動(dòng)控制水平有關(guān)。因此，通過(guò)CFD模擬，發(fā)現(xiàn)溫度對(duì)氨逃逸的影響如下圖：

圖1 溫度與氨逃逸的關(guān)系

上述模擬表明：當(dāng)溫度小于900℃時(shí)，氨逃逸隨著溫度的降低迅速增大；當(dāng)溫度大于900℃后，氨逃逸則迅速減少，并隨著溫度的增大逐步趨于最低水平。

當(dāng)然，若氨噴入量與煙氣工況條件未能實(shí)時(shí)匹配，比如，氨氮摩爾比增大或噴射不均等均會(huì)造成氨逃逸的增加。此類影響均可歸為自動(dòng)控制水平不夠，未能根據(jù)實(shí)際工況條件進(jìn)行匹配氨噴入量等。

因此，下面將重點(diǎn)從噴入點(diǎn)的精確選取和精細(xì)化自動(dòng)控制兩大方面闡述如何有效控制氨逃逸。

3 控制措施一：噴入點(diǎn)的精確選取

理論上SNCR煙氣脫硝技術(shù)的反應(yīng)溫度窗為850～1100℃，無(wú)論噴入點(diǎn)的煙氣溫度低于還是高于反應(yīng)溫度窗，均會(huì)造成脫硝效率低下、氨逃逸的迅速增加及腐蝕設(shè)備。為進(jìn)一步獲取最佳的噴入點(diǎn)溫度，采用CFD模擬溫度對(duì)脫硝效率的影響，其關(guān)系曲線圖2所示：

圖2 溫度與脫硝效率的關(guān)系曲線圖

為進(jìn)一步驗(yàn)證上述模擬結(jié)果，以陶瓷行業(yè)原料制粉工序一座5000型噴霧塔熱風(fēng)爐為例，熱風(fēng)爐燃料為水煤漿，在熱風(fēng)爐中軸線上從水煤漿噴槍處往上依次在1.5 m、3.3 m、4.8 m處取噴入點(diǎn)，并在噴入點(diǎn)處各安裝一支尿素溶液噴槍，伸入塔內(nèi)距離一致。脫硝測(cè)試結(jié)果如下表1。

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，SNCR脫硝存在最佳的反應(yīng)溫度窗，結(jié)合模擬結(jié)果，可得出最佳的反應(yīng)溫度窗應(yīng)該在950～1030℃?？紤]到脫硝劑采用尿素溶液，噴入的尿素溶液首先得吸取部分熱量進(jìn)行分解成NH3，因此，最佳的噴入點(diǎn)煙氣溫度應(yīng)該適當(dāng)調(diào)高些，在970～1030℃之間最為合理。

實(shí)際選擇噴入點(diǎn)位置時(shí)，應(yīng)結(jié)合設(shè)備工況，因當(dāng)生產(chǎn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)發(fā)生較大變動(dòng)時(shí)，應(yīng)重新選擇噴入點(diǎn)。如熔塊窯，生產(chǎn)不同產(chǎn)品所需的溫度差異較大（1350～1600℃不等），造成熔塊窯蓄熱室中的煙氣溫度波動(dòng)較大。因此，建議在安裝點(diǎn)安裝溫度監(jiān)控，當(dāng)監(jiān)控溫度離開(kāi)最佳的反應(yīng)溫度窗，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況考慮是否在不同位置加裝噴氨噴頭與溫度監(jiān)控，以便根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況進(jìn)行切換噴氨噴頭系統(tǒng)。

4 控制措施二：精細(xì)化自動(dòng)控制

控制氨逃逸的另一關(guān)鍵措施是精細(xì)化自動(dòng)控制，它能夠讓噴氨量實(shí)時(shí)與煙氣工況相匹配，使得氨逃逸水平降到最低（小于8 ppm）。精細(xì)化自動(dòng)控制包括三部分：脫硝劑制備與存儲(chǔ)系統(tǒng)、自動(dòng)增壓輸送控制系統(tǒng)和良好的噴射系統(tǒng)，示意圖如圖3。

4.1 脫硝劑制備與存儲(chǔ)系統(tǒng)

此系統(tǒng)的關(guān)鍵在于能夠穩(wěn)定提供恒定濃度的脫硝劑溶液，首先將脫硝劑（尿素）加入定量加藥罐中，配置一定濃度的脫硝劑溶液（具體比例依據(jù)實(shí)際情況確定）并加以攪拌均勻，再通過(guò)PLC液位執(zhí)行程序自動(dòng)控制水泵給藥至使用罐。

表1 1座5000型噴霧塔脫硝測(cè)試結(jié)果

4.2 自動(dòng)增壓輸送控制系統(tǒng)

自動(dòng)增壓輸送控制系統(tǒng)是整個(gè)精細(xì)化自動(dòng)控制的核心，其目的就是采用煙氣在線監(jiān)控氮氧化物實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)來(lái)控制脫硝劑噴入量，以實(shí)時(shí)匹配煙氣實(shí)際工況。首先從煙氣在線監(jiān)控實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)中取得氮氧化物實(shí)測(cè)值信號(hào)和氧含量實(shí)測(cè)值信號(hào)（信號(hào)一般為4～20 mA的電流信號(hào)），并送至PLC中；其次通過(guò)人機(jī)界面設(shè)定氮氧化物折算值控制范圍（80～95 mg/m3）、偏差量報(bào)警值等；最后由PLC執(zhí)行程序輸出變量至變頻器控制脫硝增壓泵流量，以達(dá)到最佳的氨噴入量。這里需說(shuō)明的是變頻器小于一定頻率后，會(huì)出現(xiàn)噴霧壓力不夠，因此，需根據(jù)實(shí)際情況確定變頻器下限頻率。以下為一座5000型水煤漿噴霧塔脫硝自動(dòng)控制電路設(shè)計(jì)圖（見(jiàn)圖4，共3張）。

圖3 SNCR脫硝精細(xì)化控制系統(tǒng)

圖4 SNCR脫硝精細(xì)化控制系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)圖（共3張）

4.3 優(yōu)良的噴射系統(tǒng)

好的噴射系統(tǒng)不僅要求噴槍霧化效果（包含噴射覆蓋面恰當(dāng)、均勻霧化等）突出，而且要求做好噴槍的耐熱保護(hù)（一般情況均在噴槍外加一套筒進(jìn)行保護(hù)）。這里建議在噴槍前面增加電接點(diǎn)壓力表與自動(dòng)滑動(dòng)模塊，當(dāng)電接點(diǎn)壓力表低于某一壓力時(shí)即探測(cè)到噴槍前存在管道堵塞時(shí)，噴槍可自動(dòng)退出高溫設(shè)備。

4.4 測(cè)試結(jié)果

對(duì)脫硝系統(tǒng)進(jìn)行精細(xì)化控制后，脫硝劑（尿素）的使用量降低約1/3，原先1座5000型水煤漿噴霧塔一個(gè)班需加500 kg尿素才能確保氮氧化物均值小于100 mg/m3，改造后同一批次水煤漿燃料條件下一個(gè)班只需330 kg尿素即可滿足要求，且改造后測(cè)取氨逃逸數(shù)據(jù)為6.8 ppm、脫硝效率為67%。具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 1座5000型噴霧塔改造后脫硝測(cè)試結(jié)果

5 結(jié)論

針對(duì)SNCR脫硝技術(shù)分析其氨逃逸產(chǎn)生主要原因，采取精準(zhǔn)的溫度（970～1030℃）與選取精細(xì)的自動(dòng)控制可以有效降低氨逃逸（基本不超過(guò)8 ppm）、提高脫硝效率（＞65%），同時(shí)避免因過(guò)量的氨逃逸導(dǎo)致設(shè)備的腐蝕等。

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