水泥窯爐SNCR脫硝工藝技術應用

摘要：文章介紹了氮氧化物的危害及水泥窯爐中控制氮氧化物排放的常用方法，針對水泥窯爐煙氣特性及脫硝技術在我國水泥行業的應用現狀，闡述了SNCR脫硝技術及存在的問題，為進一步在水泥行業中推廣脫硝技術提供了參考。

關鍵詞：水泥窯爐；SNCR；脫硝工藝；煙氣特性；水泥行業 文獻標識碼：A

中圖分類號：TQ172 文章編號：1009-2374（2015）14-0066-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.14.032

NOx是造成大氣污染的主要污染源之一。近些年NOx的危害已越來越被人們所重視，特別是隨著去年以來霧霾天氣的日益嚴重，我們越來越認識到控制大氣污染的必要性，而控制NOx排放又是其中很重要的一個部分。然而，隨著時代的發展，為更好地控制住水泥行業NOx排放量，相對于傳統的脫硝技術，采用選擇性非催化還原（SNCR）脫硝法降低NOx的排放，其效果會更加

明顯。

1 水泥窯煙氣NOx生成

水泥行業的回轉窯在物料燒成過程中，會產生大量煙氣，煙氣中含大量NOx。其中NOx的主要成分是NO和NO2（NO約占95%），水泥窯生成NOx主要有兩種形成機理：（1）熱力型NOx；（2）燃料型NOx。水泥生產中，熱力型NOx的排放是主要的，濃度約1500～2600mg/Nm3；燃料型NOx濃度約800～1300mg/Nm3；平均約1100mg/Nm3。

2 SNCR脫硝工藝技術

2.1 選用尿素作為脫硝還原劑工藝

使用尿素作為還原劑的脫硝工藝主要設備為尿素溶液儲罐、輸送泵、溶液添加泵、調節閥、流量計、噴嘴、NOx檢測儀等。

工藝流程主要包括尿素儲備、管道輸送、計量分配、噴射等。尿素儲備裝置由尿素儲倉、尿素溶液配制容器和尿素溶液儲存罐組成，主要設備有干尿素儲倉、計量倉、輸送機、配液池、尿素溶液儲罐。尿素溶液配制在尿素站內完成，然后由輸送泵送到分解爐前噴射系統。噴射位置要根據爐內溫度分布確定。隨著煙氣溫度的升降，調整尿素溶液噴射位置，使之在最佳反應溫度窗口噴入爐窯內。并通過各噴射點的流量調節閥門來控制噴射溶液的流量。

2.2 選用氨水作為脫硝還原劑工藝

該工藝主要包括以下單元：卸氨單元、氨水儲罐單元、輸送單元、稀釋計量單元、分配單元、噴射單元和控制調整單元等組成。氨水為氨氣的水溶液，其物理特性為：無色、透明且具有刺激性，易揮發。其化學特性為有毒、易燃且有爆炸危險，因此在氨水儲備系統中需要特別注意。工藝流程見圖1：

圖1 SNCR脫硝工藝流程圖（氨水）

2.2.1 氨水噴入位置及噴槍布置。NH3還原NOx的反應對于溫度條件非常敏感，所以溫度窗口的正確選擇顯得十分重要。噴嘴位置的選擇是整個SNCR系統最關鍵的地方。選擇恰當的噴嘴位置，主要通過兩種方法來實現：（1）采用溫度流場模擬技術，依據爐內溫度分布狀況找出最佳噴射點；（2）現場測試爐窯內溫度，總結溫度分布狀況，確定噴射位置（最佳溫度區間850℃～1050℃）。

對于噴槍布置，推薦采用兩層多點均布的方式，這樣的好處：（1）兩層噴槍，全部采用伸縮式，正常情況下，煙氣中NOx濃度較低時（600～800mg），只需要開啟一層噴槍即可，只有在煙氣中NOx的濃度超出一定范圍之后（800mg以上），再開啟第二層噴槍，從而大大減少了還原劑的使用消耗，降低成本。這一切都是采用自動控制實現；（2）當窯爐的煙氣溫度發生變化時，可以有選擇的開啟噴槍，這樣可以更大范圍的適應生產工況的變化。

2.2.2 在最佳溫度區域內的停留時間。氨水噴入到爐窯后，為了使氨水與NOx的反應在很短的時間內完成，需要在停留時間內使氨液與煙氣進行充分混合。因為隨著停留時間的增加，脫硝效率將會提高。在溫度偏低的時候，如果要達到同樣的脫硝率，需要增加混合物在最佳區域內的停留時間，停留時間設計值可以從0.001s到10s。

2.2.3 噴入的反應劑與爐內煙氣混合程度。反應劑與燃燒煙氣的混合程度，取決于反應劑的霧化效果。為此，要選擇合適的噴嘴，通過調整噴嘴的噴射方向、霧化角、噴射速度等，從而使反應劑得到充分的霧化，以使反應劑與煙氣達到最佳霧化效果。取得較高脫硝效率的關鍵還涉及到于噴射點位置與噴射點數量的正確選擇。一旦發現二者混合不充分，可以采取如下解決方案：提高液滴動能；增加噴嘴數量；擴大噴射區；通過優化液滴尺寸、優化噴射速度、改變液滴分布、調整噴霧角以及調整噴射方向等來優化霧化噴嘴。

3 工程實例

3.1 項目規模

浙江某公司對一條2500t/d水泥熟料窯爐安裝SNCR脫硝裝置，使煙氣中NOx含量達到環保排放要求。

3.2 水泥爐窯基礎數據

水泥爐窯基礎數據如表1所示：

3.3 設備使用條件

（1）設備安裝條件：水泥生產線室外安裝；（2）主燃料：煤；（3）運行方式：每天24小時連續運行；（4）年累計工作時間：不小于8000小時。

3.4 還原劑

本脫硝工程采用20%濃度的氨水作為還原劑，要求氨水無雜質，氨水濃度達到20%（重量比）。

3.5 壓縮空氣

本脫硝工程使用壓縮空氣，滿足下列規格：（1）壓力：0.7MPa（計量混合柜前保證不低于0.35MPa）；（2）品質：干燥無油無雜質。

3.6 脫硝工藝方案

本工程利用外購20%（wt）的氨水溶液作為還原劑。SNCR系統主要包括氨水儲存系統、氨液稀釋系統、氨液輸送、計量分配系統和噴射系統五部分。外購氨水由卸氨泵輸送至溶液儲存罐，然后由在線稀釋系統根據窯爐運行情況和NOx排放情況稀釋成所需的濃度（5%～8%），送入噴射系統。噴射系統實現各噴射層的氨水溶液分配、霧化噴射和計量。還原劑的供應量能滿足窯爐不同負荷的要求，調節方便、靈活、可靠；氨水溶液儲存區應按消防要求，與周圍其他設備或建筑物保持一定的安全防火距離，并按消防要求設置室外防火栓及防雷、防靜電接地裝置；氨水噴射系統配有良好的控制系統。

3.7 運行結果分析

本工程采用SNCR整體模塊化脫硝方案，經過設計施工調試，連續運行三個月的監測結果顯示，氨逃逸濃度≤6mg/Nm3，NOx濃度排放≤280mg/Nm3。可見，只要系統設計合理，SNCR脫硝方案可以達到設計要求，并滿足國家排放標準，是水泥行業脫硝領域一個很好的選擇。

4 結語

（1）SNCR法的效率為60%左右（50%～70%），而選擇性催化還原法（SCR）脫硝的效率為（80%～90%），顯然SNCR法的脫硝效率偏低，但SNCR法的費用只有SCR法的五分之一左右，故在水泥行業SNCR脫硝技術正在推廣應用；（2）SNCR脫硝工藝技術無需設備用房，占地面積小、系統簡單易于實施、對窯爐的正常運行影響較小；（3）隨著水泥行業的發展和環保標準要求的不斷提高，SNCR脫硝將會得到廣泛的運用。

參考文獻

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作者簡介：李曉燕（1966-），女，河南洛陽人，洛陽礦山機械工程設計研究院有限責任公司工程師，研究方向：工程設計。

（責任編輯：陳 倩）