水泥窯煙氣治理工程應用實例

姚海明，耿桂淦，陳學功，張正甫

（江蘇科行環(huán)保科技有限公司，江蘇 鹽城 224051）

隨著各級地方政府節(jié)能環(huán)保意識的逐步增強，以及環(huán)保部《水泥廠大氣污染物排放標準》、《水泥工業(yè)污染防治最佳可行技術指南》的即將出臺，水泥行業(yè)對大氣污染治理已從粉塵、脫硫逐步向脫硝等領域邁進。水泥業(yè)作為NOx第三大貢獻領域，也需要從以往的節(jié)能降耗改造、粉塵治理等向NOx減排方向深入。在這個背景下，陜西聲威水泥廠和寧夏平羅恒達水泥廠的SNCR脫硝系統(tǒng)于2012年4月相繼投入使用，均取得了良好的使用效果，達到了預計參數(shù)。本文主要以陜西聲威水泥廠的數(shù)據(jù)為基礎，介紹了國內第一批水泥脫硝工程的經驗。

1 設計參數(shù)

（1）采用SNCR脫硝工藝，脫硝效率≥60%；煙囪出口氨逃逸≤15ppm；

（2）脫硝系統(tǒng)投運前后窯系統(tǒng)產量的影響值≤5%；

（3）設計風量171,791Nm3/h（3%O2，wet）；NOx初始濃度700mg/Nm3（10%O2，dry）；

（4）在NOx初始濃度排放達到1000mg/Nm3（10%O2，dry）時，NOx排放濃度可以達到400mg/Nm3（10%O2，dry）；

（5）NSR（預期）= 1.55。

2 系統(tǒng)運行狀況

在實際生產中，因為生料率值和煤質的波動，各點溫度不可能穩(wěn)定在一個恒定的數(shù)值不變，而即使在生料及煤氮含量變化不大的情況下，溫度對NOx的貢獻也起到了至關重要的作用，這主要包括環(huán)境溫度、二次風溫度、三次風溫度、煙室溫度及分解爐出口溫度等。

窯系統(tǒng)控制主要是控制分解爐出口溫度以保證CaCO3的分解率。聲威水泥廠僅因率值變化大，分解爐出口溫度波動范圍達到860℃～940℃，甚至瞬時達到960℃以上，最終導致NOx初始排放濃度波動范圍達到300～800mg/Nm3（10%O2，dry）（下同）。甚至有時因煤粉喂料不穩(wěn)定及設備故障，NOx排放值瞬時甚至達到200mg/Nm3以下，對于SNCR系統(tǒng)控制出口NOx濃度穩(wěn)定是一個巨大的挑戰(zhàn)。平羅恒達水泥廠運行相對穩(wěn)定，NOx初始排放濃度為650～750mg/Nm3。

3 SNCR脫硝系統(tǒng)運行工藝參數(shù)

2012年4月24日，聲威水泥廠對SNCR脫硝系統(tǒng)投運前后進行比較，在初始NOx排放濃度均值為800mg/Nm3的情況下，脫硝系統(tǒng)投運后的NOx排放濃度均值低于320 mg/Nm3，脫硝效率＞60%（運行前后情況如下圖）。5月17日又進行了10小時連續(xù)環(huán)保監(jiān)測，初始NOx濃度均值為709mg/Nm3，減排后NOx均值為277mg/Nm3，煙囪處氨逃逸為6ppm。

4 SNCR脫硝系統(tǒng)關鍵影響因素

聲威水泥廠脫硝運行前后對比圖

研究表明，反應溫度窗口是影響脫硝效率的關鍵因素。在理論上，SNCR反應中，使用氨水的適宜反應溫度為850℃～1050℃，反應最佳溫度為950℃～1000℃；使用尿素的適宜反應溫度為950℃～1150℃，反應最佳溫度為1050℃～1100℃。對于水泥窯來講，因為爐內高CaO和CO含量，導致反應溫度窗口的下移，根據(jù)不同的爐型和工藝狀況，影響范圍略有差異。對于聲威水泥廠而言，氨水的最佳反應溫度約為850℃，最低可達到840℃左右，現(xiàn)場噴射位置即為840℃～850℃。

在爐內還原氣氛方面，窯系統(tǒng)不適宜較高的CO含量。高的CO濃度不僅影響系統(tǒng)熱耗及影響燃燒狀況，也會增加系統(tǒng)的結皮，造成系統(tǒng)不穩(wěn)定，出現(xiàn)預熱器結皮嚴重及塌料現(xiàn)象，同時對SNCR脫硝系統(tǒng)也有影響。在高脫硝效率運行情況下，甚至可以完全掩蓋由CO造成的還原氣氛對于NOx生成量的抑制效果。聲威水泥廠預熱器出口CO高達0.6%～1.1%，爐內溫度偏低，脫硝效率的最佳經濟范圍僅為45%。而平羅恒達水泥廠最佳經濟脫硝效率可達到50%以上。

SNCR系統(tǒng)對于系統(tǒng)熱耗的影響是許多企業(yè)容易忽視的。SNCR系統(tǒng)由于采用常溫溶液作為還原劑，而分解爐內溫度都在800℃以上，預熱器出口溫度在320℃～360℃之間，因而長期運行必須考慮熱耗的增加值對煤耗的影響。簡單來說，可以將還原劑作為水考慮吸熱量，而脫硝反應是放熱反應，需要扣除97kJ/mol。折算下來， 2500t/d水泥窯SNCR系統(tǒng)熱耗增加5.5～15.2kJ/kg·水泥。

作為SNCR脫硝系統(tǒng)的關鍵設備，噴槍型式及組合關系是影響脫硝效率和氨逃逸的重要因素。單層或單支噴槍無法實現(xiàn)對分解爐斷面的全覆蓋，分解爐各斷面溫度、粉塵濃度、粉塵活性及流速各不相同，各點還原劑的添加量也需要精細化設計，需要保證在合適的溫度窗口內，還原劑分布隨風速、粉塵濃度的變化設定添加量。聲威水泥廠和平羅恒達水泥廠均選用了2種類型共6支噴槍，以確保精細控制。

摩爾比（NSR）是檢驗脫硝系統(tǒng)先進性的指標之一，優(yōu)秀的脫硝系統(tǒng)，需要控制較低的NSR。European Reportactual operation公司在10%～50%脫硝效率時，NSR維持在0.5～0.9，SNCR系統(tǒng)處于較高的控制水平。已經運行的聲威水泥廠，脫硝效率在45%時，NSR約為1.15。

5 建議

（1）對于SNCR系統(tǒng)來說，在線連續(xù)檢測系統(tǒng)（CEMS）響應時間滯后較長，從分解爐通過預熱器、余熱發(fā)電、高溫風機、除塵器，最終達到煙囪的時間超過3min，系統(tǒng)穩(wěn)定需要5～10min，影響脫硝系統(tǒng)的平穩(wěn)實時跟蹤，因此建議CEMS安裝在預熱器出口處，這樣可以將CEMS響應時間滯后控制在1～2min以內。

（2）SNCR脫硝系統(tǒng)隨著窯系統(tǒng)的變化，NOx排放濃度不可能是一條直線，將NOx排放濃度完全控制在標準要求以內，是非常不經濟的，因此參照發(fā)達國家相關標準，建議國家標準的考核指標確定為NOx排放濃度的24小時平均值達到標準即視為合格。

（3）SNCR脫硝系統(tǒng)還原劑的選擇不能僅僅考慮到運輸及安全等因素，還需要結合窯型及操作狀況綜合考慮，才能達到最佳的經濟運行效果。