S-NCR脫硝技術(shù)在12000t/d水泥生產(chǎn)線的應(yīng)用

李 強 詹 楠

（天瑞集團鄭州水泥有限公司，河南省 鄭州市 450131）

0 引言

“十二五”期間，氮氧化物首次被列入約束性排放指標體系，隨著國家對水泥行業(yè)NOx排放控制的日益嚴格和環(huán)保排放標準的提高，脫硝工程將逐步在水泥行業(yè)進行推廣。我公司將日產(chǎn) 12000噸熟料生產(chǎn)線作為脫硝工程試點進行改造，現(xiàn)將改造情況介紹如下。

1 項目簡介

為了積極響應(yīng)國家“十二五”期間降低污染物排放指標的相關(guān)政策，我公司作為脫硝試點企業(yè)，與瑞典科研院進行合作，采用瑞典Ecomb公司生態(tài)管S-NCR脫硝技術(shù)，對公司12000噸熟料生產(chǎn)線進行改造。

2 脫硝原理

選擇性非催化還原法脫硝技術(shù)是在沒有催化劑的條件下，在850～1100℃的溫度范圍內(nèi)，把還原劑（通常是氨氣或尿素）噴入水泥窯內(nèi)，還原劑與爐窯中的氮氧化物（主要為一氧化氮和二氧化氮）發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成氮氣和水，從而減少煙氣中氮氧化物的排放。

在分解爐或爐膛的中下部噴入還原劑氨水（NH4OH）或尿素〔CO(NH2)2〕，在有部分氧氣存在的條件下，發(fā)生以下反應(yīng)：

4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O (1)

溫度進一步升高，則可能發(fā)生以下的反應(yīng)：

4NH3+5O2→4NO+6H2O (2)

當溫度低于850℃時，NH3與NO的反應(yīng)速度很慢；當溫度高于1100℃時反應(yīng)式（2）會逐漸起主導(dǎo)作用，當溫度高于1300℃時NH3轉(zhuǎn)變?yōu)镹O的趨勢會變得明顯。

3 還原劑選擇

對于S-NCR工藝，選擇的還原劑主要是尿素和氨水。尿素法是先將尿素固體顆粒在容器中完全溶解，然后將溶液由泵送到水解槽中，通過熱交換器將溶液加熱至反應(yīng)溫度后與水反應(yīng)生產(chǎn)氨氣；氨水法是將 25%的含氨水溶液通過加熱裝置使其蒸發(fā)，形成氨氣和水蒸氣，然后與加壓風(fēng)機的空氣混合霧化，將該氣體送入分解爐內(nèi)。

綜合考慮，水泥爐窯中噴氨窗口煙氣溫度分布均勻，溫差小，有利于在850～1050℃溫度窗口進行脫硝反應(yīng)，采用25%氨水作為還原劑，完全可配套新型干法水泥熟料生產(chǎn)煙氣脫硝工藝技術(shù)要求，脫硝效率最低要求≥60%，通過調(diào)試優(yōu)化，系統(tǒng)在滿負荷連續(xù)運行達到65%的脫硝效率是可行的。因此，充分考慮到我廠周邊環(huán)境及運輸距離較遠，本項目使用外購液氨貯存，配置25%氨水作為脫硝還原劑進行使用。

4 工藝流程

我公司使用氨水作為脫硝還原劑，氨水貯存供應(yīng)系統(tǒng)包括液氨卸料壓縮機、液氨儲罐、液氨供應(yīng)泵、液氨蒸發(fā)器、氨氣緩沖罐、氨氣吸收罐、廢水泵、廢水池等。

4.1 氨貯存蒸發(fā)

液氨由液氨槽車送至工廠，利用液氨槽車與液氨儲罐間的壓差或利用液氨卸料壓縮機增壓的方式將液氨輸入至液氨儲罐內(nèi)存儲，使用時依靠液氨儲罐與蒸發(fā)器間的壓差將液氨輸送至液氨蒸發(fā)器內(nèi)，液氨蒸發(fā)器采用雙盤管水浴式蒸汽加熱方式，傳熱介質(zhì)為水。蒸汽通過蒸汽盤管放熱，使水溫升高，水通過液氨盤管放熱，使液氨蒸發(fā)為氨氣，并通過氨氣緩沖罐來穩(wěn)定其壓力后送達氨水配置裝置。

4.2 氨水貯存

氨氣和一次水經(jīng)過氨氣噴射泵混合后，進入氨水儲罐貯存，儲罐內(nèi)設(shè)置冷卻水盤管和氨氣設(shè)施防止儲罐超溫、超壓。

4.3 噴射系統(tǒng)

將氨水溶液經(jīng)過霧化噴射系統(tǒng)直接噴入分解爐合適溫度區(qū)域，霧化后的氨與氮氧化物進行選擇性非催化還原反應(yīng)，將氮氧化物轉(zhuǎn)化為無污染的氮氣。

4.4 工藝流程簡圖

圖1 水泥煙氣S-NCR脫硝流程簡圖

5 S-NCR反應(yīng)裝置布置

噴氮位置合理確定和管材質(zhì)量可靠是實現(xiàn)脫硝目標的必要保障，也是核心關(guān)鍵技術(shù)，我公司經(jīng)過調(diào)研和考察，在此項目上使用瑞典Ecomb公司生態(tài)管設(shè)備。

5.1 反應(yīng)設(shè)備布置

脫硝反應(yīng)裝置主要設(shè)備包括生態(tài)管（進口設(shè)備，特殊耐高溫材料），壓縮空氣設(shè)備及相關(guān)控制系統(tǒng)，上述裝置不至于現(xiàn)有分解爐平臺之上，設(shè)立操作間一處，承重不超過 4噸；生態(tài)管直接插入分解爐內(nèi)，分解爐新增 9個點位，開孔約100mm，其中6處插入生態(tài)管，管徑約70mm，該管可以伸縮調(diào)節(jié)，進入爐內(nèi)最大深度500mm，其余3個孔為備用口，以核驗脫硝最佳效果位置，來確定最終選擇的6個噴入氨液點位。

5.2 生態(tài)管位置選用

生態(tài)管最佳位置應(yīng)根據(jù)水泥煙氣所經(jīng)過線路進行確定，水泥煙氣經(jīng)分解爐燃燒后，進入五級旋風(fēng)除塵器，除塵后排入大氣。

高效脫硝系統(tǒng)的最重要的特點是能夠讓 NOX氣體與還原劑很好的混合，而且注射槍不能深入到分解爐中空的位置，因為下降的灰塵和堵塞會對其造成損壞。由于即使在生態(tài)水平或逆向噴射情況下，液滴都可以改變方向，便成為迅速向上的氣流，還原劑的穿透深度和還原劑與氣體的混合程度都會很差，所以最佳混合位置應(yīng)選擇在彎曲的區(qū)域和最低位置旋風(fēng)筒與彎管的地方。

除了混合，還需考慮SNCR還原反應(yīng)與CO氧化反應(yīng)的相互影響，CO的出現(xiàn)會減少 NOX的還原效率。其次還需考慮最大限度的提高還原劑在分解爐內(nèi)的停留時間。

6 結(jié)論

隨著“十二五”期間，國家對水泥行業(yè) NOX排放控制要求的日益嚴格和環(huán)保標準的提高，SCNR技術(shù)由于投資成本低，建設(shè)周期短，運行成本合理，能較大程度的降低窯尾煙氣中 NOX的濃度，具有很高的的環(huán)保效益及社會效益，值得在水泥行業(yè)進行推廣應(yīng)用。