文_張燕 山西省長(zhǎng)治生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心
工業(yè)窯爐煙氣脫硝是解決工業(yè)生產(chǎn)和環(huán)境污染矛盾的關(guān)鍵。在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的大環(huán)境下,煙氣脫硝工藝技術(shù)愈發(fā)先進(jìn),種類(lèi)也越來(lái)越多,但都各有其獨(dú)特的優(yōu)缺點(diǎn)以及應(yīng)用效果,需要結(jié)合工業(yè)窯爐的生產(chǎn)特點(diǎn),選擇合適的煙氣脫硝工藝以及技術(shù)參數(shù),才能提升煙氣脫硝效率,緩減空氣污染,因此開(kāi)展工業(yè)窯爐煙氣脫硝工藝技術(shù)的探討分析顯得尤為必要。
SNCR工藝技術(shù)是目前工業(yè)窯爐煙氣脫硝中常用的工藝技術(shù)之一,主要機(jī)理是將含有NHx基的還原劑通過(guò)高壓噴射的方法,噴入到工業(yè)窯爐爐膛溫度在800~1100℃的區(qū)域,此區(qū)域溫度比較高,可將還原劑快速分解成NH3,NH3能夠和工業(yè)窯爐生產(chǎn)運(yùn)行中形成煙氣中的NOx發(fā)生化學(xué)反應(yīng),形成氮?dú)夂退?,從而達(dá)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(diǎn)是效率比較低,只能達(dá)到25%~40%;具有較寬的氨氣陶藝條件,工程造價(jià)比較低,占地面積小,多應(yīng)用在老舊工業(yè)窯爐改造中,新建鍋爐如果能夠按照鍋爐生產(chǎn)運(yùn)行的實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)計(jì)改造,煙氣脫硝效率會(huì)大幅度提升。
SCR工藝技術(shù)也煙氣脫硝中比較常用的方法,其主要機(jī)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(lèi)、氨氣等和NOx快速反應(yīng),促使NOx轉(zhuǎn)換成沒(méi)有污染的氮?dú)?。和SNCR工藝技術(shù)相比,SCR工藝技術(shù)最顯著的特點(diǎn)是脫硝效率比較高,最高可達(dá)到90%以上,而且現(xiàn)有技術(shù)比較成熟,系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程安全可靠,維護(hù)難度小成本低。多應(yīng)用在煙氣脫硝效率比較高的工業(yè)窯爐生產(chǎn)中。
此種工藝技術(shù)也是煙氣脫硝中常用的技術(shù),此項(xiàng)技術(shù)最大的特點(diǎn)是可有效彌補(bǔ)SNCR工藝技術(shù)脫硝效率低和SCR工藝技術(shù)成本高的不足。主要的應(yīng)用機(jī)理是通過(guò)布設(shè)在鍋爐爐墻上的噴射系統(tǒng),先將準(zhǔn)備好的還原劑噴入爐膛中,在高溫作用下,還原劑會(huì)和煙氣中的NOx發(fā)生非催化還原反應(yīng),完成第一步脫硝。然后,那些未完全反應(yīng)的還原劑會(huì)重新進(jìn)入到反應(yīng)器中進(jìn)行進(jìn)一步脫硝。此種煙氣脫硝技術(shù)最大的特點(diǎn)是煙氣脫硝效率比較高,催化劑的應(yīng)用量小,反應(yīng)塔的體積小,占地面積小,而且有效簡(jiǎn)化了還原劑噴射系統(tǒng),提升了SNCR階段的脫硝效率。多應(yīng)用在綜合實(shí)力強(qiáng)大,資金充裕,且對(duì)煙氣脫硝要求比較高的工業(yè)窯爐煙氣脫硝中。
某水泥生產(chǎn)企業(yè),在窯爐生產(chǎn)中主要采用的燃燒物質(zhì)為燃煤,煤炭在生產(chǎn)中會(huì)形成大量煙氣,煙氣中含有很多NOx。為控制空氣污染,該企業(yè)在2019年決定對(duì)生產(chǎn)窯爐進(jìn)行改造,用SNCR工藝技術(shù)來(lái)取代傳統(tǒng)的煙氣脫硝工藝,改造標(biāo)準(zhǔn)為滿足長(zhǎng)期生產(chǎn)5000t/d的熟料水泥煙氣脫硝。具體的燃煤煙氣參數(shù)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,
在案例水泥生產(chǎn)企業(yè)窯爐改造中,采取了SNCR工藝技術(shù),具體的設(shè)備為還原劑、窯爐、除塵脫硝裝置、引風(fēng)機(jī)、煙囪。其中還原劑采取用了氨水,濃度為20%,通過(guò)化工泵輸送到靜態(tài)混合器中,和稀釋水模塊輸送來(lái)的軟化水進(jìn)行定量混合后,再通過(guò)計(jì)量分配裝置精確到各個(gè)噴槍中,噴入到窯爐爐膛中,實(shí)現(xiàn)煙氣脫硝處理。
案例工程窯爐SNCR煙氣脫硝工藝的主要性能參數(shù):①煙氣脫硝入口煙氣參數(shù)為:溫度不低于850℃時(shí),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(guò)8mg/Nm3,所謂氨氣逃逸濃度指的是SNCR煙氣脫硝工藝反應(yīng)區(qū)出現(xiàn)氨氣的濃度。③SNCR煙氣脫硝工藝在運(yùn)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(chǎn)企業(yè)窯爐生產(chǎn)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(guò)632kg/h。⑤SNCR煙氣脫硝工藝在運(yùn)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(tǒng)的可用率不低于98%,各種裝置的可用率也不低于98%。
SNCR煙氣脫硝系統(tǒng)由多個(gè)模塊共同組成,其中SNCR反應(yīng)模塊是重中之重,指的是未經(jīng)脫硝的煙氣和氨氣充分混合之后,在適當(dāng)?shù)臏囟葏^(qū)域內(nèi)形成化學(xué)反應(yīng)的功能區(qū)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(chǔ)上,控制成本,提升SNCR煙氣脫硝裝置的使用壽命。必須結(jié)合實(shí)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(jìn)行充分反應(yīng),提升形成氮?dú)夂退牧?,從而達(dá)到去除煙氣中氮氧化合物目的,降低對(duì)周?chē)h(huán)境造成的污染。
氨水是SNCR煙氣脫硝工藝運(yùn)行的主要還原劑,其存儲(chǔ)和供應(yīng)效果,直接關(guān)系到整個(gè)SNCR煙氣脫硝工藝運(yùn)行的質(zhì)量以及氮氧化合物的去除率。在案例企業(yè)生產(chǎn)中用于氨水存儲(chǔ)和供應(yīng)的設(shè)備比較多,包括氨水運(yùn)輸車(chē)、卸氨泵、氨水存儲(chǔ)罐、氨氣緩沖罐、氨水共供應(yīng)系統(tǒng)等。這些設(shè)備的運(yùn)行質(zhì)量,直接關(guān)系到氨水存儲(chǔ)和供應(yīng)的效果。因此, SNCR煙氣脫硝工藝系統(tǒng)建設(shè)完成之后,要定期對(duì)這些設(shè)備進(jìn)行檢修和維護(hù),發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理,以保證各種設(shè)備始終處于安全穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)。為提升廢水的循環(huán)利用率,需要通過(guò)氨水存儲(chǔ)罐來(lái)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(dá)到再次使用的目的。而那些廢水經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的沉淀之后,可利用排污泵重新返回到氨水存儲(chǔ)罐進(jìn)行搭配使用,從而節(jié)約氨水,實(shí)現(xiàn)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(yùn)行成本。
給料分配模塊也是組成SNCR煙氣脫硝系統(tǒng)的主要模塊,其主要作用是實(shí)現(xiàn)對(duì)氨水的合理分配,并對(duì)壓縮空氣以及還原劑的流量進(jìn)行精確控制。在此模塊中,配置了一個(gè)用來(lái)檢測(cè)和控制SNCR煙氣脫硝系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)所需的氨水量,一個(gè)控制流量的閥門(mén),以及一個(gè)流量變送器。通過(guò)三個(gè)裝置的相互配合,可實(shí)現(xiàn)SNCR煙氣脫硝系統(tǒng)的自動(dòng)化運(yùn)行,自動(dòng)化控制噴槍的氨水總流量。再輔以手動(dòng)閥門(mén)、氣動(dòng)控制閥門(mén)、玻璃浮子流量計(jì)等,就能實(shí)現(xiàn)對(duì)每根噴槍流量的精確控制,提升煙氣脫硝效果。
氨水噴槍也是組成SNCR煙氣脫硝系統(tǒng)的主要設(shè)備,其控制效果直接關(guān)系到煙氣脫硝質(zhì)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(fā)生故障時(shí),能夠及時(shí)進(jìn)行手動(dòng)投退。但噴槍噴嘴位置的霧化效果,對(duì)煙氣脫硝效率造成的影響比較大。在具體生產(chǎn)控制中可采用機(jī)械霧化或者空氣霧化的方法來(lái)提升噴槍的霧化效果,同時(shí)要保證噴頭的介質(zhì)霧化角度不低于130°,從而最大限度上擴(kuò)大還原劑噴出時(shí)和煙氣的接觸面積,提高反應(yīng)率,從而提升煙氣脫硝效率。
在案例水泥生產(chǎn)企業(yè)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(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),在進(jìn)行分散控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和選型中,要盡量選用功能分散和物理分散相互結(jié)合的方法,并保證控制水平和水泥生產(chǎn)窯爐運(yùn)行自動(dòng)化水平相互一致,能夠合理地納入納入現(xiàn)有水泥生產(chǎn)的控制網(wǎng)絡(luò)中,以保證二者在硬件和軟件上的一致性,避免大幅度改動(dòng)增加成本。分散控制系統(tǒng)的主要功能是接收來(lái)自窯爐和其他附屬控制柜的各種數(shù)據(jù)信號(hào),并對(duì)這些數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行分析,按照分析結(jié)果及時(shí)調(diào)整SNCR煙氣脫硝工藝運(yùn)行的各種參數(shù),以保證整個(gè)系統(tǒng)始終處于安全、溫度、可靠的運(yùn)行狀態(tài)。
水泥生產(chǎn)窯爐多以煤炭作為動(dòng)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(dāng),排放到空氣中后會(huì)對(duì)周?chē)目諝庠斐珊艽笪廴荆茐纳鷳B(tài)環(huán)境,采用SNCR煙氣脫硝工藝技術(shù),并加強(qiáng)控制管理,可大幅度提分煙氣脫硝效率,可大范圍推廣應(yīng)用。