水泥窯上SNCR脫硝技術(shù)的應(yīng)用探討

劉春宇

摘 要：近年來，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)社會(huì)取得了巨大的發(fā)展和進(jìn)步，但同時(shí)也面臨著嚴(yán)重的環(huán)境污染問題，其中各類大氣污染現(xiàn)象尤為嚴(yán)重，已經(jīng)給人民群眾的日常生活和工作造成了巨大的困擾，同時(shí)也給國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展造成了諸多不利因素。水泥行業(yè)作為NOx的主要排放行業(yè)之一，其氮氧化物的排放量已是居火力發(fā)電、汽車尾氣排放之后的第三排放大戶，采用脫硝技術(shù)降低NOx的排放對(duì)應(yīng)對(duì)大氣污染問題至關(guān)重要。本文對(duì)SNCR法在水泥窯上的應(yīng)用問題進(jìn)行了一些有意義的探討，希望對(duì)水泥行業(yè)的脫硝處理工作能夠有所借鑒。

關(guān)鍵詞：水泥窯 SNCR 脫硝工藝系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：X78 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）11（c）-0107-02

在各類環(huán)境污染問題中，大氣污染是比較嚴(yán)重的，水泥行業(yè)作為NOx的主要排放行業(yè)之一，采用脫硝技術(shù)降低NOx的排放量對(duì)應(yīng)對(duì)大氣污染問題至關(guān)重要。本文對(duì)SNCR法在水泥窯上的應(yīng)用問題進(jìn)行了一些有意義的探討，希望對(duì)水泥行業(yè)的脫硝處理工作能夠有所借鑒。

1 水泥窯煙氣NOx生成

水泥行業(yè)的回轉(zhuǎn)窯在進(jìn)行生產(chǎn)過程中，會(huì)產(chǎn)生大量的煙氣，而這些煙氣中含有NOx。現(xiàn)實(shí)中，水泥生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的NOx的主要成分是NO和NO2，其中存在以下兩種形成機(jī)理：熱力型NOx和燃料型NOx。其中，熱力型NOx是水泥窯物料燒成過程中排放的主要形式，其濃度約為1500～2600mg/Nm3；燃料型NOx的濃度約為800～1300mg/Nm3。

2 選用尿素作為脫硝還原劑的SNCR脫硝工藝

采用尿素作為還原劑的SNCR脫硝工藝系統(tǒng)主要由尿素溶液儲(chǔ)罐、輸送泵、調(diào)節(jié)閥、噴嘴和NOx檢測(cè)儀等組成。系統(tǒng)的工作流程主要包括尿素的儲(chǔ)備、輸送、計(jì)量分配和噴射等。尿素儲(chǔ)備裝置由溶液配置容器和儲(chǔ)存罐等組成。配制好的溶液會(huì)經(jīng)由輸送泵送至分解爐前的噴射系統(tǒng)。噴射位置應(yīng)該根據(jù)爐內(nèi)的溫度進(jìn)行確定。隨著煙氣溫度的變化，尿素溶液的噴射位置也必須隨之調(diào)整，確保其始終對(duì)準(zhǔn)爐內(nèi)的最佳反應(yīng)溫度窗口。至于噴射點(diǎn)的流量可以通過調(diào)節(jié)閥來實(shí)現(xiàn)精確控制。

3 選用氨水作為脫硝還原劑的SNCR脫硝工藝

當(dāng)選用氨水作為還原劑時(shí)，SNCR脫硝工藝系統(tǒng)主要由卸氨系統(tǒng)、氨水儲(chǔ)存系統(tǒng)、氨水輸送系統(tǒng)、稀釋計(jì)量系統(tǒng)、分配系統(tǒng)、噴射系統(tǒng)和控制調(diào)整等系統(tǒng)組成。氨水是NH3的水溶液，具有無色、透明和易揮發(fā)的特性，同時(shí)NH3作為一種有毒且易爆的危險(xiǎn)物質(zhì)，在對(duì)其進(jìn)行儲(chǔ)備和輸送時(shí)必須特別注意。下面將對(duì)該工藝系統(tǒng)使用過程中的幾個(gè)注意事項(xiàng)進(jìn)行詳細(xì)討論。

3.1 氨水噴入位置及噴槍布置

氨水作為還原劑時(shí)，對(duì)反應(yīng)的溫度條件比較敏感，所以溫度窗口的選擇就變得非常重要。噴嘴位置的選擇關(guān)系到SNCR工藝系統(tǒng)的脫硝處理效果，選擇合適的噴嘴位置通?？梢越柚韵聝煞N方式來達(dá)成：第一，溫度流場(chǎng)模擬技術(shù)。通過對(duì)爐窯內(nèi)溫度的分布狀況進(jìn)行模擬來確定最佳位置。第二，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試爐窯內(nèi)的溫度。通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)爐窯內(nèi)溫度分布狀況的測(cè)試來確定噴嘴的最佳位置。以氨水作為還原劑的最佳反應(yīng)溫度區(qū)間為850℃～1050℃。

噴槍布置推薦采用雙層多點(diǎn)均布，這樣做的好處有以下兩點(diǎn)：第一，雙層噴槍如果都采用伸縮式，那么就可以依據(jù)煙氣中NOx的濃度來調(diào)整噴槍的啟停。如果NOx的濃度不高，可以僅開啟一層噴槍，當(dāng)煙氣中的NOx濃度上升到一定程度后再啟動(dòng)第二層噴槍，這樣就可以大幅度降低對(duì)還原劑的消耗，降低技術(shù)的運(yùn)用成本。現(xiàn)實(shí)中，噴搶啟停和濃度檢測(cè)可以構(gòu)成閉環(huán)的自動(dòng)反饋和控制系統(tǒng)。第二，當(dāng)爐窯的煙氣溫度發(fā)生變化時(shí)，可以依據(jù)實(shí)際情況靈活啟動(dòng)噴槍，這樣就大大地增加了系統(tǒng)對(duì)工況的適應(yīng)范圍。

3.2 在最佳溫度區(qū)域內(nèi)的停留時(shí)間

當(dāng)氨水噴入到爐窯后，為了使NH3和NOx在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)充分反應(yīng)，需要在停留的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)氨水與煙氣的充分混合。通常來說，隨著停留時(shí)間的延長(zhǎng)，脫硝效果會(huì)明顯提升。即使在溫度偏低的情況下，通過適當(dāng)增加混合物在最佳區(qū)域的停留時(shí)間，也能促使脫硝率達(dá)到可以接受的程度。現(xiàn)實(shí)中，停留時(shí)間的設(shè)計(jì)值可以根據(jù)實(shí)際情況確定。

3.3 噴入的反應(yīng)劑與爐內(nèi)煙氣混合程度

噴入爐窯內(nèi)的反應(yīng)劑與煙氣的混合程度主要受反應(yīng)劑的霧化程度影響。因此，有必要選擇合適的噴嘴，通過對(duì)噴射方向、霧化角以及噴射速度的合理調(diào)節(jié)來促使反應(yīng)劑可以盡可能地達(dá)到最佳霧化效果，從而促使反應(yīng)劑與煙氣可以實(shí)現(xiàn)充分混合的目的。取得滿意脫硝效果的關(guān)鍵還涉及到噴射點(diǎn)位置與噴射點(diǎn)數(shù)量的影響，如果發(fā)現(xiàn)反應(yīng)劑與燃燒煙氣沒有實(shí)現(xiàn)充分混合，那么還可以采用如下應(yīng)對(duì)措施：增加噴嘴數(shù)量；擴(kuò)大噴射區(qū)等。

4 SNCR法水泥窯脫硝工藝系統(tǒng)的構(gòu)成

4.1 還原劑接收系統(tǒng)

對(duì)于水泥窯燃燒煙氣的脫硝處理工作，還原劑氨水一般都選擇外購(gòu)。外購(gòu)的氨水在運(yùn)送到廠區(qū)后，可以通過離心泵將其輸送至氨水儲(chǔ)罐中?？紤]到氨水具有易揮發(fā)的特性，可以將氨水儲(chǔ)罐和氨水稀釋系統(tǒng)相連，這樣揮發(fā)的NH3也可以被水稀釋吸收，進(jìn)而降低氨逃逸。與氨水作為還原劑不同，如果水泥窯的煙氣脫硝處理系統(tǒng)選擇尿素作為還原劑，那么一般會(huì)選擇本廠自行制備。首先由工人拆開尿素袋，并將其投入到尿素給料斗中，再通過提升機(jī)將其輸送至尿素溶液制備容器中，尿素顆粒通過與除鹽水混合并溶解，進(jìn)而就可以制備出濃度滿足需求的尿素溶液。

4.2 還原劑存儲(chǔ)系統(tǒng)

還原劑儲(chǔ)存系統(tǒng)主要由還原劑儲(chǔ)罐、吸收罐、稀釋水儲(chǔ)罐等構(gòu)成。因?yàn)樵撓到y(tǒng)的空間占用較大，所以需要根據(jù)水泥生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際條件，盡量將存儲(chǔ)系統(tǒng)布置在均化庫(kù)附近。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)還原劑儲(chǔ)量的精確檢測(cè)，可以在還原劑儲(chǔ)罐中加裝液位計(jì)，并將液位信息實(shí)時(shí)地傳輸給脫硝控制系統(tǒng)。為了避免因氨水泄露而導(dǎo)致的向罐區(qū)外的溢流擴(kuò)散問題，可以在罐區(qū)周圍設(shè)置相應(yīng)的混凝土圍堰及排水溝。endprint

4.3 還原劑噴射系統(tǒng)

來自存儲(chǔ)系統(tǒng)的還原劑通過噴射泵輸送至混合系統(tǒng)，待充分混合后會(huì)被輸送至噴霧系統(tǒng)。每套噴射泵及其控制系統(tǒng)都由多級(jí)離心變頻泵、流量計(jì)、回流裝置以及相應(yīng)的閥組成。整個(gè)系統(tǒng)要布置在儲(chǔ)罐附近。

4.4 噴射系統(tǒng)

噴槍是SNCR脫硝工藝系統(tǒng)的關(guān)鍵部位。所有噴槍應(yīng)該圍繞爐窯對(duì)稱均布。整個(gè)噴射系統(tǒng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)的自動(dòng)反饋和調(diào)節(jié)功能，通過對(duì)水泥窯煙囪出口處NOx排放值的實(shí)時(shí)檢測(cè)，并將檢測(cè)信號(hào)反饋給控制系統(tǒng)，進(jìn)而就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)還原劑噴射量的自動(dòng)調(diào)節(jié)，在確保脫硝率滿足要求的前提下盡可能地降低還原劑消耗。

4.5 控制系統(tǒng)

對(duì)于水泥窯上的SNCR脫硝工藝控制工作，可以采用PLC控制系統(tǒng)和獨(dú)立的中控系統(tǒng)，這樣既可以對(duì)爐窯內(nèi)的還原劑噴射量進(jìn)行自動(dòng)控制，而且也能對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行負(fù)荷進(jìn)行有效調(diào)節(jié)，使脫硝工藝系統(tǒng)可以長(zhǎng)期、穩(wěn)定地運(yùn)行。

控制系統(tǒng)主要由就地控制柜、PLC控制器和接線箱等組成。接地控制柜主要實(shí)現(xiàn)對(duì)水泵啟停、切換、報(bào)警和報(bào)警解除以及緊急停止等命令的現(xiàn)場(chǎng)控制。PLC控制器則對(duì)整個(gè)SNCR脫硝工藝系統(tǒng)實(shí)施控制，包括了對(duì)遠(yuǎn)程信號(hào)的接收、計(jì)算和傳輸。此外，在不影響熟料生產(chǎn)的條件下，還可以配備獨(dú)立的中控系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)與PLC控制器間的自由切換。

5 結(jié)語(yǔ)

為了對(duì)水泥行業(yè)的NOx排放加以控制，同時(shí)也為了能夠促進(jìn)水泥行業(yè)獲得更好地發(fā)展，有必要對(duì)SNCR脫硝技術(shù)加強(qiáng)開發(fā)和應(yīng)用工作，通過不斷對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的改進(jìn)和優(yōu)化來達(dá)到更優(yōu)的脫硝處理效果。

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