水泥窯煙氣脫硝SNCR技術(shù)淺析

1、水泥窯煙氣脫硝sncr技術(shù)淺析 國發(fā)【20xx】26號文件即國務(wù)院關(guān)于印發(fā)“十二五”節(jié)能減排綜合性工作方案的通知明確指出：“十二五”期間，全國氮氧化物排放量比“十一五”削減10%。眾所周知，在生產(chǎn)水泥熟料的過程中，氮氧化物的排放量相當(dāng)巨大，截止到20xx年底，我國在役新型干法水泥生產(chǎn)能力為25.94億噸，生產(chǎn)線1513條;20xx年全國新增水泥生產(chǎn)線98條，新增新型干法熟料產(chǎn)能1.315億噸，折合水泥產(chǎn)能2.087億噸，占總新型干法熟料產(chǎn)能的8.14%(數(shù)據(jù)來源于中國水泥協(xié)會、中國水泥網(wǎng))，是繼火電、機動車尾氣之后的第三大排放源，嚴(yán)重危害生態(tài)環(huán)境和人體健康。為此，水泥脫硝義不容辭，刻不容緩。

2、目前，水泥窯爐sncr技術(shù)原理都是一樣的，只是還原劑選用不同，分別為液氨、氨水和尿素。液氨屬于重大危急源，安全方面需要考慮的問題特別多，一般水泥企業(yè)不會采用;尿素相對簡單儲存，但尿素本身不能參與脫硝反應(yīng)，只能將尿素?zé)峤饣蛘唠娊獬砂辈拍芷鹱饔?，轉(zhuǎn)化需要消耗大量的能量，初始投資成本相對比較高，運行成本也隨之增加;氨水不屬于重大危急源，選購、運輸和儲存相對比較便利，所以絕大多數(shù)企業(yè)選擇使用氨水作為還原劑，濃度一般為20%。 1、sncr技術(shù)脫硝原理 在8001100范圍內(nèi)，采用氨水作為還原劑，在分解爐內(nèi)或一定位置還原劑與nox進行反應(yīng)，將nox轉(zhuǎn)化成無污染的n2和h2o，sncr技術(shù)不需要催化劑。

3、還原nox的主要反應(yīng)為： 8nh3+6no+3o27n2+12h2o 當(dāng)溫度高于1100時，nh3則會被氧化為no，即:4nh3+5o24no+6h2o該反應(yīng)會增加氨水的耗量，提高運行成本，在設(shè)計時要充分考慮并于避免。 2、sncr技術(shù)脫硝工藝流程 許多企業(yè)都在使用該工藝路線圖，但很少有企業(yè)真正清晰該工藝路線!真正了解爐內(nèi)流場的分布!真正懂得各種物料的配比!而且好多企業(yè)為拿到項目不斷的降低配置，致使系統(tǒng)運行不穩(wěn)定，效率無法保證。 3、sncr技術(shù)脫硝工藝組成 sncr技術(shù)脫硝工藝組成包括氨水儲存模塊、除鹽水儲存模塊、安排計量模塊、噴射模塊、系統(tǒng)保護模塊和供電掌握模塊。 還原劑氨水通過車輛運輸并

4、裝載入氨水儲存罐，通過循環(huán)輸送泵在混合器中與除鹽水混合，依據(jù)設(shè)定的參數(shù)和系統(tǒng)反饋信號，氨水溶液經(jīng)混合后進入噴射系統(tǒng)，在噴槍內(nèi)與壓縮空氣混合，霧化后噴入爐膛內(nèi)。使之與煙氣中的nox反應(yīng)，并將其還原成氮氣和水。 公司在x省某水泥廠4000t/d生產(chǎn)線上實施了sncr煙氣脫硝技術(shù)，于20xx年12月完成系統(tǒng)調(diào)試并投入運行。從調(diào)試過程中dcs顯示的數(shù)據(jù)以及后期的環(huán)保檢測來看，系統(tǒng)運行正常，性能滿意設(shè)計要求。 1)、系統(tǒng)的設(shè)計參數(shù) 2)、項目中設(shè)備的配置 氨水儲存罐采用不銹鋼材質(zhì)，氨水輸送系統(tǒng)中的泵、閥門、管道全部采用不銹鋼材質(zhì)。為了保證系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運行，特地設(shè)置了冷卻風(fēng)系統(tǒng)。氨區(qū)的設(shè)備布置和冷卻風(fēng)布

5、置如下圖： 依據(jù)現(xiàn)場實際以及計算機模擬的結(jié)果，在分解爐中上部以及鵝頸的入口分別設(shè)置了一層噴槍，每層布置六支噴槍，噴槍各部件均采用不銹鋼材料制造，噴嘴頭材質(zhì)為哈氏合金，噴槍其它部分為316l材質(zhì)，套管采用310材質(zhì)。整個噴槍選材充分考慮其耐高溫、耐腐蝕、耐磨蝕等要求。本項目中選用的噴槍安裝圖和噴霧試驗狀況如圖所示： 經(jīng)過設(shè)備單體調(diào)試和聯(lián)動試驗，系統(tǒng)掌握系統(tǒng)指令正確，各個設(shè)備運轉(zhuǎn)正常，dcs顯示的數(shù)據(jù)如下： (注：熱態(tài)運行的氨水濃度為17%，在實際使用過程中先期稀釋成15%的氨水。) 經(jīng)過六個月連續(xù)運行，當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門對sncr脫硝系統(tǒng)進行了效率測試，檢測數(shù)據(jù)如下： 由以上數(shù)據(jù)可以看出，脫硝效率達到

6、甚至超過了設(shè)計值，說明sncr技術(shù)在水泥窯脫硝項目中是完全可行的?？偨Y(jié)項目執(zhí)行過程中的經(jīng)驗，本人以為以下幾點值得重點關(guān)注： 1)、需要搞清晰爐內(nèi)流場的分布狀況 在項目執(zhí)行以前，公司就依據(jù)分解爐的結(jié)構(gòu)特點，結(jié)合窯爐物料的配比、風(fēng)的用量以及投煤燃燒狀況對窯爐的流場分布狀況進行了cfd模擬，確定爐膛原始流場的分布和nox分布狀況。 2)、氨水噴入位置的選擇 新型干法水泥窯爐sncr技術(shù)脫硝的噴氨位置一般都在分解爐上，即在分解爐找一個合適的溫度區(qū)域噴入氨水。從sncr技術(shù)脫硝原理可以看出，在8001100范圍內(nèi)nox被還原成了氮氣，溫度過低則反應(yīng)速度明顯下降，會造成大量的氨逃逸;溫度過高氨會被氧化成了

7、no，又會增加氨的消耗，造成脫硝成本升高。同時，了解了原始流場狀況、nox分布狀況和窯爐的溫度狀況，就可以布置噴槍位置了。 噴槍布置過程中應(yīng)留意以下幾個問題： a)噴槍必需布置在溫度介于8001100區(qū)域，而且反應(yīng)必需有足夠的時間; b)選擇合適噴槍形式并合理布置; c)氨和nox必需充分混合。 這個問題是sncr技術(shù)脫硝系統(tǒng)中至關(guān)重要的，因為這些問題不僅僅就是這些問題!這些問題直接關(guān)系到脫硝的效率、氨的耗量和逃逸問題等等。 這樣，經(jīng)過反復(fù)校核，最終得出的流場分布狀況如下： 3)、氨水的儲存問題 氨水是氨氣的水溶液，是一種無色透明液體，有劇烈刺鼻氣味，呈弱堿性，具有一定的腐蝕作用，碳化氨水的腐

8、蝕性更加嚴(yán)重，對銅的腐蝕比較強，鋼鐵比較差，對水泥腐蝕不大，對木材也有一定腐蝕作用。氨水易揮發(fā)出氨氣，隨溫度升高和放置時間延長而增加揮發(fā)率，且隨濃度的增大揮發(fā)量增加。氨水易分解放出氨氣，溫度越高，分解速度越快，可形成爆炸性氣氛;若遇高熱，容器內(nèi)壓增大，有開裂和爆炸的危急。 由于氨水在空氣中存放會揮發(fā)，汲取二氧化碳后又會生成碳銨(即 2nh3·h2o+co2=(nh4)2co3+h2o)，兩者都不利于sncr技術(shù)的實行，因此氨水儲罐的設(shè)計細節(jié)就得考慮認(rèn)真。 由于氨分解可能形成爆炸性氣氛(爆炸極限為16%25%)，應(yīng)當(dāng)留意氨水儲 罐泄壓和有效容積問題，必要時考慮裝備冷卻系統(tǒng)。全國多次發(fā)生

9、氨水儲罐補焊爆炸的案例：如1993年某化肥廠氨水儲罐拆卸過程中發(fā)生爆炸;20xx年某企業(yè)因為對氨水儲罐進行補焊發(fā)生爆炸等等。 4)、掌握系統(tǒng) 單獨就sncr技術(shù)脫硝系統(tǒng)而言，系統(tǒng)掌握的點數(shù)不是許多，plc掌握就足夠了。 目前新型干法窯水泥企業(yè)都采用dcs掌握系統(tǒng)，配備工程師站和足夠的操作員站，假如系統(tǒng)冗余點數(shù)足夠，可以考慮借助業(yè)主的dcs系統(tǒng)，利用冗余點，在原有的窯尾掌握畫面中增加一個鏈接，能夠直接進入脫硝主畫面即可。 這樣做能夠削減重復(fù)投資，也可以不增加運行管理人員，對業(yè)主的投資成本和管理成本都大有好處。 總結(jié) 首先，sncr技術(shù)在新型干法水泥窯上脫硝是可行的，結(jié)果能滿意國家環(huán)保要求。 第二

10、、不管是原理還是工藝流程，sncr技術(shù)都不算復(fù)雜，但各種設(shè)備的選型、位置的布置還是相當(dāng)有講究的。目前，做水泥窯脫硝的企業(yè)許多，但是能周到考慮各種因素，將脫硝系統(tǒng)做到牢靠、穩(wěn)定運行的不多，期望水泥企業(yè)能多方比較、慎重選擇，最終為自己選擇一套合適的系統(tǒng)。 國發(fā)【20xx】26號文件即國務(wù)院關(guān)于印發(fā)“十二五”節(jié)能減排綜合性工作方案的通知明確指出：“十二五”期間，全國氮氧化物排放量比“十一五”削減10%。眾所周知，在生產(chǎn)水泥熟料的過程中，氮氧化物的排放量相當(dāng)巨大，截止到20xx年底，我國在役新型干法水泥生產(chǎn)能力為25.94億噸，生產(chǎn)線1513條;20xx年全國新增水泥生產(chǎn)線98條，新增新型干法熟料產(chǎn)能

11、1.315億噸，折合水泥產(chǎn)能2.087億噸，占總新型干法熟料產(chǎn)能的8.14%(數(shù)據(jù)來源于中國水泥協(xié)會、中國水泥網(wǎng))，是繼火電、機動車尾氣之后的第三大排放源，嚴(yán)重危害生態(tài)環(huán)境和人體健康。為此，水泥脫硝義不容辭，刻不容緩。 目前，水泥窯爐sncr技術(shù)原理都是一樣的，只是還原劑選用不同，分別為液氨、氨水和尿素。液氨屬于重大危急源，安全方面需要考慮的問題特別多，一般水泥企業(yè)不會采用;尿素相對簡單儲存，但尿素本身不能參與脫硝反應(yīng)，只能將尿素?zé)峤饣蛘唠娊獬砂辈拍芷鹱饔?，轉(zhuǎn)化需要消耗大量的能量，初始投資成本相對比較高，運行成本也隨之增加;氨水不屬于重大危急源，選購、運輸和儲存相對比較便利，所以絕大多數(shù)企業(yè)選

12、擇使用氨水作為還原劑，濃度一般為20%。 1、sncr技術(shù)脫硝原理 在8001100范圍內(nèi)，采用氨水作為還原劑，在分解爐內(nèi)或一定位置還原劑與nox進行反應(yīng)，將nox轉(zhuǎn)化成無污染的n2和h2o，sncr技術(shù)不需要催化劑。 還原nox的主要反應(yīng)為： 8nh3+6no+3o27n2+12h2o 當(dāng)溫度高于1100時，nh3則會被氧化為no，即:4nh3+5o24no+6h2o該反應(yīng)會增加氨水的耗量，提高運行成本，在設(shè)計時要充分考慮并于避免。 2、sncr技術(shù)脫硝工藝流程 許多企業(yè)都在使用該工藝路線圖，但很少有企業(yè)真正清晰該工藝路線!真正了解爐內(nèi)流場的分布!真正懂得各種物料的配比!而且好多企業(yè)為拿到項

13、目不斷的降低配置，致使系統(tǒng)運行不穩(wěn)定，效率無法保證。 3、sncr技術(shù)脫硝工藝組成 sncr技術(shù)脫硝工藝組成包括氨水儲存模塊、除鹽水儲存模塊、安排計量模塊、噴射模塊、系統(tǒng)保護模塊和供電掌握模塊。 還原劑氨水通過車輛運輸并裝載入氨水儲存罐，通過循環(huán)輸送泵在混合器中與除鹽水混合，依據(jù)設(shè)定的參數(shù)和系統(tǒng)反饋信號，氨水溶液經(jīng)混合后進入噴射系統(tǒng)，在噴槍內(nèi)與壓縮空氣混合，霧化后噴入爐膛內(nèi)。使之與煙氣中的nox反應(yīng)，并將其還原成氮氣和水。 公司在x省某水泥廠4000t/d生產(chǎn)線上實施了sncr煙氣脫硝技術(shù)，于20xx年12月完成系統(tǒng)調(diào)試并投入運行。從調(diào)試過程中dcs顯示的數(shù)據(jù)以及后期的環(huán)保檢測來看，系統(tǒng)運行正

14、常，性能滿意設(shè)計要求。 1)、系統(tǒng)的設(shè)計參數(shù) 2)、項目中設(shè)備的配置 氨水儲存罐采用不銹鋼材質(zhì)，氨水輸送系統(tǒng)中的泵、閥門、管道全部采用不銹鋼材質(zhì)。為了保證系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運行，特地設(shè)置了冷卻風(fēng)系統(tǒng)。氨區(qū)的設(shè)備布置和冷卻風(fēng)布置如下圖： 依據(jù)現(xiàn)場實際以及計算機模擬的結(jié)果，在分解爐中上部以及鵝頸的入口分別設(shè)置了一層噴槍，每層布置六支噴槍，噴槍各部件均采用不銹鋼材料制造，噴嘴頭材質(zhì)為哈氏合金，噴槍其它部分為316l材質(zhì)，套管采用310材質(zhì)。整個噴槍選材充分考慮其耐高溫、耐腐蝕、耐磨蝕等要求。本項目中選用的噴槍安裝圖和噴霧試驗狀況如圖所示： 經(jīng)過設(shè)備單體調(diào)試和聯(lián)動試驗，系統(tǒng)掌握系統(tǒng)指令正確，各個設(shè)備運轉(zhuǎn)正

15、常，dcs顯示的數(shù)據(jù)如下： (注：熱態(tài)運行的氨水濃度為17%，在實際使用過程中先期稀釋成15%的氨水。) 經(jīng)過六個月連續(xù)運行，當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門對sncr脫硝系統(tǒng)進行了效率測試，檢測數(shù)據(jù)如下： 由以上數(shù)據(jù)可以看出，脫硝效率達到甚至超過了設(shè)計值，說明sncr技術(shù)在水泥窯脫硝項目中是完全可行的?？偨Y(jié)項目執(zhí)行過程中的經(jīng)驗，本人以為以下幾點值得重點關(guān)注： 1)、需要搞清晰爐內(nèi)流場的分布狀況 在項目執(zhí)行以前，公司就依據(jù)分解爐的結(jié)構(gòu)特點，結(jié)合窯爐物料的配比、風(fēng)的用量以及投煤燃燒狀況對窯爐的流場分布狀況進行了cfd模擬，確定爐膛原始流場的分布和nox分布狀況。 2)、氨水噴入位置的選擇 新型干法水泥窯爐sncr技

16、術(shù)脫硝的噴氨位置一般都在分解爐上，即在分解爐找一個合適的溫度區(qū)域噴入氨水。從sncr技術(shù)脫硝原理可以看出，在8001100范圍內(nèi)nox被還原成了氮氣，溫度過低則反應(yīng)速度明顯下降，會造成大量的氨逃逸;溫度過高氨會被氧化成了no，又會增加氨的消耗，造成脫硝成本升高。同時，了解了原始流場狀況、nox分布狀況和窯爐的溫度狀況，就可以布置噴槍位置了。 噴槍布置過程中應(yīng)留意以下幾個問題： a)噴槍必需布置在溫度介于8001100區(qū)域，而且反應(yīng)必需有足夠的時間; b)選擇合適噴槍形式并合理布置; c)氨和nox必需充分混合。 這個問題是sncr技術(shù)脫硝系統(tǒng)中至關(guān)重要的，因為這些問題不僅僅就是這些問題!這些問

17、題直接關(guān)系到脫硝的效率、氨的耗量和逃逸問題等等。 這樣，經(jīng)過反復(fù)校核，最終得出的流場分布狀況如下： 3)、氨水的儲存問題 氨水是氨氣的水溶液，是一種無色透明液體，有劇烈刺鼻氣味，呈弱堿性，具有一定的腐蝕作用，碳化氨水的腐蝕性更加嚴(yán)重，對銅的腐蝕比較強，鋼鐵比較差，對水泥腐蝕不大，對木材也有一定腐蝕作用。氨水易揮發(fā)出氨氣，隨溫度升高和放置時間延長而增加揮發(fā)率，且隨濃度的增大揮發(fā)量增加。氨水易分解放出氨氣，溫度越高，分解速度越快，可形成爆炸性氣氛;若遇高熱，容器內(nèi)壓增大，有開裂和爆炸的危急。 由于氨水在空氣中存放會揮發(fā)，汲取二氧化碳后又會生成碳銨(即 2nh3·h2o+co2=(nh4)2co3+h2o)，兩者都不利于sncr技術(shù)的實行，因此氨水儲罐的設(shè)計細節(jié)就得考慮認(rèn)真。 由于氨分解可能形成爆炸性氣氛(爆炸極限為16%25%)，應(yīng)當(dāng)留意氨水儲 罐泄壓和有效容積問題，必要時考慮裝備冷卻系統(tǒng)。全國多次發(fā)生氨水儲罐補焊爆炸的案例：如1993年某化肥廠氨水儲罐拆卸過程中發(fā)生爆炸;20xx年某企業(yè)因為對氨水儲罐進行補焊發(fā)生爆炸等等。 4)、掌握系統(tǒng) 單獨就sncr技術(shù)脫硝系統(tǒng)而言，系統(tǒng)掌握的點數(shù)不是許多，plc掌握就足夠了。 目前新型干法窯水泥企業(yè)都采用dcs掌握系統(tǒng)，配備工程師站和足夠的操作員站，假如系