SNCR實現(xiàn)超低排放的改造實踐研究

崔繼中，何金崢，馮學(xué)軍，張 銳，張美娟*

（1.秦皇島淺野水泥有限公司，河北 秦皇島 066000；2.北京宏科瑞達工程技術(shù)有限公司，北京 101106）

根據(jù)2015年河北省DB13/2167—2015《水泥工業(yè)污染物大氣排放標(biāo)準(zhǔn)》，2017年4月份開始，秦皇島淺野水泥有限公司（以下簡稱“我公司”）控制NOx排放目標(biāo)為小于260 mg/m3，為了達到排污費用減半，主動執(zhí)行減半排放，控制目標(biāo)值為130 mg/m3以下。2019年，政府要求NOx排放達到小于50 mg/m3的超低排放目標(biāo)。

我公司脫硝排放實際情況為：采用的是選擇性非催化還原（Selective Non-Catalytic Reduction，SNCR）氨水脫硝方案，日常能夠穩(wěn)定控制在NOx＜130 mg/m3，如果加大氨水噴量，NOx最低在80～100 mg/m3波動，而帶來的副作用就是由于氨水噴量的增加，氨逃逸（控制目標(biāo)小于8 mg/m3）超標(biāo)。

針對這次超低排放目標(biāo)的實現(xiàn)，筆者收集和研討過各種方案，包括SCR選擇性催化還原法技術(shù)、新型脫硝劑、復(fù)合催化氧化及堿液吸收工藝、熱碳催化還原復(fù)合脫硝等相關(guān)技術(shù)工藝，皆因投資成本過高、實際效果尚待確認(rèn)等原因，且本著解決問題從簡至繁的原則，開始了在現(xiàn)有脫硝系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進行改造推進的思路。

1 改造過程

1.1 工藝現(xiàn)狀及說明

我公司為一條日產(chǎn)4 000 t熟料生產(chǎn)線，帶DD分解爐的五級懸浮預(yù)熱器系統(tǒng)。改造之前噴槍設(shè)在分解爐中部縮口肩部布置（圖1），使用8桿噴槍接近圓周方向均布（圖2），脫硝率最高達到90%。

1.2 理論分析

在現(xiàn)狀不變的情況下如果進一步降低則可能性很小，則重新分析SNCR脫硝率的影響因素。

（1）溫度范圍，最佳反應(yīng)溫度區(qū)間為850～1 100℃。若溫度過低（800℃以下），NH3的反應(yīng)不完全，容易造成NH3逃逸，形成二次污染；而溫度過高（1100℃以上），NH3則容易被氧化為NOx?？梢姕囟冗^高或過低都會導(dǎo)致還原劑的損失和NOx脫除率下降。

（2）還原劑和煙氣混合程度。還原劑與煙氣的混合程度決定了反應(yīng)的進程和速度。煙氣的粉塵濃度也直接影響脫硝效率。

（3）溶液停留時間。氨水或尿素等還原劑與煙氣的混合、水的蒸發(fā)、還原劑的分解和NOx的還原等步驟須全部完成，一般要求時間為0.5 s。

（4）氨氮比（NSR）。反應(yīng)中氨基與氮的摩爾比值，按照SNCR反應(yīng)，還原1mol NO需要1mol氨或0.5 mol尿素，但實際使用的還原劑量要比這個量大，隨著氨氮比的增加，脫硝率增加，氨逃逸增加，成本也會增加。目前SNCR的氨氮摩爾比一般控制在1.2～1.5左右。

（5）分析結(jié)果及DDF的SNCR存在的問題：煙氣粉塵大于1 000 g/m3，影響脫硝效率；還原劑和煙氣混合程度不良，氣流速度高于5～8 m/s，面積大于19 m2；噴點不能有效覆蓋氣流區(qū)域，覆蓋面積只有65%。

所以，要解決以上問題點，就得選擇適宜的反應(yīng)溫度場、合適的接觸時間、盡量低的含塵濃度和氣流相對穩(wěn)定的區(qū)域，來進一步提高脫硝率。

1.3 氨逃逸測量

改造的前提是氨逃逸不能超過國家標(biāo)準(zhǔn)，所以對現(xiàn)狀氨逃逸再次進行了標(biāo)定，結(jié)果如圖3所示。

從圖3可以看出，當(dāng)氨水噴量在2 400 L/h左右時，氨逃逸的數(shù)據(jù)在4.2 mg/m3左右，滿足國家小于8 mg/m3標(biāo)準(zhǔn)的要求。

1.4 位置及新噴槍的試驗

1.4.1 脫硝噴槍試驗

根據(jù)脫硝噴槍廠家的推薦，試驗了新型噴槍噴射效果，從對比結(jié)果來看：原有噴槍噴液有力，噴射距離遠且集中；新型噴槍噴射顆粒較小，出槍后扇面較大，噴射距離近，約1 m左右。如圖4所示。

1.4.2 脫硝位置試驗

根據(jù)上述分析，針對新型噴槍的噴射特點，決定分別在DDF出口、5CY出口、5CY錐體（旋風(fēng)筒）分別進行試驗。試驗結(jié)果分別見表1。

可以看出①DDF出口位置：新老切換前后對比不明顯，氨水噴量略降低5%；②5CY出口位置：新老切換前后對比明顯，氨水噴量降低23%；③5CY錐體/旋風(fēng)筒位置：效果明顯，氨水噴量降低26%；④從表中可以看出，當(dāng)氨水噴量在1 000 L/h左右的時候，NOx的排放能夠降低到53 mg/m3。

為了確認(rèn)效果，在5CY錐體（旋風(fēng)筒）位置又進行了長時間的試驗，見表2。

可以看出，6個小時內(nèi)連續(xù)試驗運行，NOx排放數(shù)據(jù)穩(wěn)定在50 mg/m3以下，能夠滿足超低排放的目標(biāo)。

1.5 效果確認(rèn)

根據(jù)試驗結(jié)果，開始鋪設(shè)脫硝管路并購買新型噴槍進行布局改造。最終在5CY錐體（旋風(fēng)筒）的位置每側(cè)均勻布置了5根噴槍，共10根脫硝噴槍。然后又進行了長時間（12天）的連續(xù)實際運行，結(jié)果如圖5所示。

可以看出：①日均能夠滿足超低排放目標(biāo)；②小時均值有個別超標(biāo)現(xiàn)象，原因有噴槍修理、參數(shù)PID調(diào)節(jié)、進行噴槍切換、窯況波動等因素，而這些因素都可以進行完善解決；③大部分時間都能滿足小時均值NOx小于50 mg/m3的目標(biāo)。

后期對改造后的細(xì)節(jié)繼續(xù)進行優(yōu)化完善，包括噴槍的深度調(diào)整、管路的完善、燒成系統(tǒng)的調(diào)整、控制方式的改進等內(nèi)容。經(jīng)過調(diào)整，運行數(shù)據(jù)越來越穩(wěn)定。最后委托第三方進行了標(biāo)定檢測，結(jié)果如圖6所示。

可以看出：①NOx排放小于50 mg/m3，滿足超低排放要求；②氨逃逸小于8 mg/m3，滿足國家要求。

脫硝系統(tǒng)改造后，連續(xù)運行至今1年半的時間，數(shù)據(jù)穩(wěn)定，改造成功。

2 結(jié)論

本次改造成功：

（1）從滿足脫硝反應(yīng)溫度場的角度考慮。氨水噴槍位置在5CY中心部位，反應(yīng)溫度在850～870℃（分解爐出口溫度880℃，C5出口溫度870℃），此處溫度穩(wěn)定滿足脫硝反應(yīng)所需溫度（850～1 100℃）。

（2）從滿足脫硝反應(yīng)時間的角度考慮。氨水噴槍位置至5CY中心部位氣流上升通道下部（溫度低于850℃位置），C5旋風(fēng)筒內(nèi)部煙氣流速在3.5 m/s，可推算出氨水和氮氧化物的反應(yīng)時間在1.5 s，滿足理論脫硝反應(yīng)所需時間（0.5 s）。

（3）從滿足氨水和NOx充分反應(yīng)要高混合度（高接觸率）角度考慮。平均分布5桿噴槍的覆蓋面積占5CY中心部位面積的90%，滿足氨水和NOx充分反應(yīng)需要高混合度（高接觸率）的要求，同時也降低了氨逃逸。

（4）從運行維護和操作安全的角度考慮。氨水噴槍位置在預(yù)熱器5CY平臺上方0.2～1.5 m高度，操作維護安全、方便。

改造后的SNCR脫硝系統(tǒng)可以滿足超低排放和氨逃逸要求。

3 結(jié)束語

為保護環(huán)境，滿足環(huán)保管控的目標(biāo)，每個水泥廠都在努力降低NOx的排放。因為自身工藝方面等原因，方式也是各有不同。本次脫硝工藝的改造，總體費用約25萬元左右，且效果顯著，希望能為同行在NOx超低排放方面的改造起以借鑒的作用。