水泥窑炉SNCR工艺主要运行参数控制

2016-06-02 01:07苏锦燕张泽玉深圳市格瑞斯达科技有限公司广东深圳518607

中国环保产业 2016年3期

苏锦燕，张泽玉（深圳市格瑞斯达科技有限公司，广东深圳 518607）

SU Jin-yan, ZHANG Ze-yu

水泥窑炉SNCR工艺主要运行参数控制

苏锦燕，张泽玉
（深圳市格瑞斯达科技有限公司，广东深圳 518607）

摘要：结合西安西京公司1200t/h生产线烟气脱硝技改工程总承包项目的设计及调试，介绍了SNCR工艺的运行特点，总结出还原剂、氨氮比、喷枪安装位置及数量、喷氨量等工艺参数的合理规范及控制方法。调试运行证明，在合理的设计范围内，其整体运行情况良好，系统的脱硝效率可达到国家环保要求。

关键词：水泥窑；脱硝效率；选择性非催化还原法；参数控制

Main Operation Parameter Control of SNCR Technology in Cement Kiln

SU Jin-yan, ZHANG Ze-yu

目前，水泥窑NOx控制技术主要包括低氮燃烧器、分级燃烧法、选择性非催化还原法（SNCR）和选择性催化还原法（SCR）等，各控制技术的脱氮效率如表1所示。

表1　各控制技术的脱硝效率

低NOx燃烧器目前在国内已经有广泛应用，但其效果受窑工况影响较大，一般NOx的排放量不能达到预期效果或效果不明显。SCR法具有脱硝效率高的优势，在电厂锅炉脱硝被广泛应用。但由于SCR操作温度窗口和含尘量的特殊要求，在国内外水泥生产线上极少使用，主要原因为：1）出C1的烟气通常用于余热发电，出余热发电系统的烟气温度无法满足SCR的温度要求；2）窑尾框架周边基本上没有布置SCR催化剂框架的空间；3）出C1的烟气中高浓度粉尘及有害元素易造成催化剂破损和失效；4）一次性投资大；烟气通过催化剂的阻力增大了窑系统的阻力；

5）催化剂每三年需要更换，运行成本高。SNCR法在欧洲水泥工业已应用20多年，效果较好。

选择性非催化还原法脱硝工艺（简称SNCR），是在没有催化剂的条件下，利用还原剂将烟气中的氮氧化物还原为无害的氮气和水的一种脱硝方法。

西安西京水泥有限责任公司1200t/h生产线，根据现场场地、投资运行、窑炉工况等经济及技术情况，采用SNCR工艺方法脱硝，现整体状况运行良好，脱硝效率达到设计环保要求。

1　水泥窑SNCR工艺流程

西安西京水泥有限责任公司1200t/h生产线SNCR脱硝的工艺流程为：储存在氨水储罐的氨水经稀释为质量浓度为20%～25%的氨水后，通过雾化喷射单元喷入分解炉合适温度区域，雾化后的氨与NOx（NO、NO2等混合物）进行选择性非催化还原反应，将NOx转化成无污染的N2。SNCR（喷氨）系统主要由卸氨系统单元、罐区、输送单元、混合单元、分配与调节单元、喷射单元、PLC控制系统等组成。其流程如图1。

图1 典型氨水SNCR脱硝工艺流程图

2　关键参数及控制要点

2.1还原剂的选择

SNCR工艺中常使用的还原剂主要有尿素、氨水及液氨。液氨作为还原剂时，其脱硝系统储罐容积较小，价格最便宜，缺点是氨气有毒、可燃、可爆，储存的安全防护要求高，需经相关的消防安全部门审批才能大量储存、使用。尿素作为还原剂，从投资及运行成本分析，脱硝效率低于氨水，且投资及运行成本均高于氨水。从安全性方面考虑，尿素为无毒、无害的化学品，不易爆炸，适用于大型锅炉设备的SNCR脱硝工艺。从还原剂物理性质、温度窗选择、脱氮率和化学反应效率、投资运行费用以及对主体设备影响等因素考虑，氨水作为还原剂比氨气的喷射刚性、穿透能力好，具有流程短、副反应少、系统设备占地面积小、脱氨率高、对主体设备影响小以及经济性更佳等优势。因此该项目优先采用氨水作为工程的还原剂。几种还原剂性能对比见表2。

表2　几种还原剂性能对比

2.2氨氮比NSR的控制

合适的氨氮比是保证脱硝效率的关键因素，由于实际的化学反应比较复杂，为保证脱硝效率，在实际反应中需注入比理论量多的还原剂。氨氮摩尔比越大越有利于提高脱硝效率，但同时增大了氨的逃逸率及运行成本，当NSR = 2.0时，脱硝效率增加并不明显，因此在实际工程中要选择一个最佳氨氮比，以满足工程设计的脱硝效率及氨的逃逸率，在实际生产实践中，一般氨氮摩尔比的控制在1.2～1.6为宜，根据去除效率要求适当调整。

2.3窑炉中喷射氨水的位置

工程设计中首先运用计算流体力学 CFD 模型进行工程模拟，模拟分解炉内烟气的流动和温度，以初步确定氨的喷射位置；其次进行现场实测，根据模拟结果及实测结果确定喷嘴的布置。

该工程的温度场选择在850℃～950℃。当温度高于1000℃时，NOx的脱除率由于氨气的热分解而降低；温度低于1000℃以下时，NH3的反应速率下降，还原反应进行得不充分，NOx脱除率下降，同时氨气的逸出量可能增加。

2.4喷枪的选择及参数控制

喷枪形式、数量的确定，直接影响还原剂的喷射量、雾化效果、喷射点的分布，并决定还原剂与烟气的接触面积、接触时间，从而影响SNCR的脱硝效率。

喷枪有固定式（见图2）和伸缩式两种类型，伸缩式喷枪不直接暴露在高温烟气中，可根据实际情况调整进入炉膛的长度，在锅炉启动、停运或季节性运行或其他一些原因SNCR需停运时候，喷射器可退出，因此其的使用寿命比固定式喷枪长。但伸缩式的喷枪比固定式喷枪的价格高，一般伸缩式喷枪的价格是固定式喷枪的2倍。

还原剂在喷枪中喷嘴的有压下喷射，可获得最佳大小及分布的液滴，用喷射角度及速度控制反应剂轨迹。因此喷嘴的角度、速度及由喷枪入口压力控制的雾化效果，对脱硝效率起着重要作用。

该工程在项目成本控制及运行允许的范围内，采用8只固定式喷枪，不锈钢材质，一层布置，围绕窑炉相应温度场对称均布。单支喷枪的喷射流量应控制在1.2～8.5L/min，喷枪入口处，液体及压缩空气压力控制在0.40M～0.60MPa。喷嘴采用55°喷射角。整个喷雾系统都有自反馈和自动调节功能，通过在线监测C1级筒出口（或烟囱出口）NOx排放值，利用反馈系统自动调节和控制氨水喷射量，在保证脱硝效率前提下，减少系统运行成本。喷枪能适应不同稀氨水的流量，在流量变化幅度较大时也能保持优良的雾化效果。

2.5反应时间的控制

在SNCR反应过程中，需要有充足的停留时间，以保证还原剂与烟气充分混合。如果停留时间太短，还原剂与烟气中的氮氧化物反应不完全，会造成脱硝效率的下降；如果停留时间太长，过多的NH3会与O2反应，重新生成NOx，根据工程经验，较佳停留时间约为0.5s。