水泥窑上SNCR脱硝技术的应用探讨

刘春宇

摘 要：近年来，我国的经济社会取得了巨大的发展和进步，但同时也面临着严重的环境污染问题，其中各类大气污染现象尤为严重，已经给人民群众的日常生活和工作造成了巨大的困扰，同时也给国民经济的持续发展造成了诸多不利因素。水泥行业作为NOx的主要排放行业之一，其氮氧化物的排放量已是居火力发电、汽车尾气排放之后的第三排放大户，采用脱硝技术降低NOx的排放对应对大气污染问题至关重要。本文对SNCR法在水泥窑上的应用问题进行了一些有意义的探讨，希望对水泥行业的脱硝处理工作能够有所借鉴。

关键词：水泥窑 SNCR 脱硝工艺系统

中图分类号：X78 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）11（c）-0107-02

在各类环境污染问题中，大气污染是比较严重的，水泥行业作为NOx的主要排放行业之一，采用脱硝技术降低NOx的排放量对应对大气污染问题至关重要。本文对SNCR法在水泥窑上的应用问题进行了一些有意义的探讨，希望对水泥行业的脱硝处理工作能够有所借鉴。

1 水泥窑烟气NOx生成

水泥行业的回转窑在进行生产过程中，会产生大量的烟气，而这些烟气中含有NOx。现实中，水泥生产过程中产生的NOx的主要成分是NO和NO2，其中存在以下两种形成机理：热力型NOx和燃料型NOx。其中，热力型NOx是水泥窑物料烧成过程中排放的主要形式，其浓度约为1500～2600mg/Nm3；燃料型NOx的浓度约为800～1300mg/Nm3。

2 选用尿素作为脱硝还原剂的SNCR脱硝工艺

采用尿素作为还原剂的SNCR脱硝工艺系统主要由尿素溶液储罐、输送泵、调节阀、喷嘴和NOx检测仪等组成。系统的工作流程主要包括尿素的储备、输送、计量分配和喷射等。尿素储备装置由溶液配置容器和储存罐等组成。配制好的溶液会经由输送泵送至分解炉前的喷射系统。喷射位置应该根据炉内的温度进行确定。随着烟气温度的变化，尿素溶液的喷射位置也必须随之调整，确保其始终对准炉内的最佳反应温度窗口。至于喷射点的流量可以通过调节阀来实现精确控制。

3 选用氨水作为脱硝还原剂的SNCR脱硝工艺

当选用氨水作为还原剂时，SNCR脱硝工艺系统主要由卸氨系统、氨水储存系统、氨水输送系统、稀释计量系统、分配系统、喷射系统和控制调整等系统组成。氨水是NH3的水溶液，具有无色、透明和易挥发的特性，同时NH3作为一种有毒且易爆的危险物质，在对其进行储备和输送时必须特别注意。下面将对该工艺系统使用过程中的几个注意事项进行详细讨论。

3.1 氨水喷入位置及喷枪布置

氨水作为还原剂时，对反应的温度条件比较敏感，所以温度窗口的选择就变得非常重要。喷嘴位置的选择关系到SNCR工艺系统的脱硝处理效果，选择合适的喷嘴位置通常可以借助以下两种方式来达成：第一，温度流场模拟技术。通过对炉窑内温度的分布状况进行模拟来确定最佳位置。第二，现场测试炉窑内的温度。通过对现场炉窑内温度分布状况的测试来确定喷嘴的最佳位置。以氨水作为还原剂的最佳反应温度区间为850℃～1050℃。

喷枪布置推荐采用双层多点均布，这样做的好处有以下两点：第一，双层喷枪如果都采用伸缩式，那么就可以依据烟气中NOx的浓度来调整喷枪的启停。如果NOx的浓度不高，可以仅开启一层喷枪，当烟气中的NOx浓度上升到一定程度后再启动第二层喷枪，这样就可以大幅度降低对还原剂的消耗，降低技术的运用成本。现实中，喷抢启停和浓度检测可以构成闭环的自动反馈和控制系统。第二，当炉窑的烟气温度发生变化时，可以依据实际情况灵活启动喷枪，这样就大大地增加了系统对工况的适应范围。

3.2 在最佳温度区域内的停留时间

当氨水喷入到炉窑后，为了使NH3和NOx在短时间内实现充分反应，需要在停留的时间内实现氨水与烟气的充分混合。通常来说，随着停留时间的延长，脱硝效果会明显提升。即使在温度偏低的情况下，通过适当增加混合物在最佳区域的停留时间，也能促使脱硝率达到可以接受的程度。现实中，停留时间的设计值可以根据实际情况确定。

3.3 喷入的反应剂与炉内烟气混合程度

喷入炉窑内的反应剂与烟气的混合程度主要受反应剂的雾化程度影响。因此，有必要选择合适的喷嘴，通过对喷射方向、雾化角以及喷射速度的合理调节来促使反应剂可以尽可能地达到最佳雾化效果，从而促使反应剂与烟气可以实现充分混合的目的。取得满意脱硝效果的关键还涉及到喷射点位置与喷射点数量的影响，如果发现反应剂与燃烧烟气没有实现充分混合，那么还可以采用如下应对措施：增加喷嘴数量；扩大喷射区等。

4 SNCR法水泥窑脱硝工艺系统的构成

4.1 还原剂接收系统

对于水泥窑燃烧烟气的脱硝处理工作，还原剂氨水一般都选择外购。外购的氨水在运送到厂区后，可以通过离心泵将其输送至氨水储罐中。考虑到氨水具有易挥发的特性，可以将氨水储罐和氨水稀释系统相连，这样挥发的NH3也可以被水稀釋吸收，进而降低氨逃逸。与氨水作为还原剂不同，如果水泥窑的烟气脱硝处理系统选择尿素作为还原剂，那么一般会选择本厂自行制备。首先由工人拆开尿素袋，并将其投入到尿素给料斗中，再通过提升机将其输送至尿素溶液制备容器中，尿素颗粒通过与除盐水混合并溶解，进而就可以制备出浓度满足需求的尿素溶液。

4.2 还原剂存储系统

还原剂储存系统主要由还原剂储罐、吸收罐、稀释水储罐等构成。因为该系统的空间占用较大，所以需要根据水泥生产现场的实际条件，尽量将存储系统布置在均化库附近。为了实现对还原剂储量的精确检测，可以在还原剂储罐中加装液位计，并将液位信息实时地传输给脱硝控制系统。为了避免因氨水泄露而导致的向罐区外的溢流扩散问题，可以在罐区周围设置相应的混凝土围堰及排水沟。endprint

4.3 还原剂喷射系统

来自存储系统的还原剂通过喷射泵输送至混合系统，待充分混合后会被输送至喷雾系统。每套喷射泵及其控制系统都由多级离心变频泵、流量计、回流装置以及相应的阀组成。整个系统要布置在储罐附近。

4.4 喷射系统

喷枪是SNCR脱硝工艺系统的关键部位。所有喷枪应该围绕炉窑对称均布。整个喷射系统应实现闭环的自动反馈和调节功能，通过对水泥窑烟囱出口处NOx排放值的实时检测，并将检测信号反馈给控制系统，进而就可以实现对还原剂喷射量的自动调节，在确保脱硝率满足要求的前提下尽可能地降低还原剂消耗。

4.5 控制系统

对于水泥窑上的SNCR脱硝工艺控制工作，可以采用PLC控制系统和独立的中控系统，这样既可以对炉窑内的还原剂喷射量进行自动控制，而且也能对系统的运行负荷进行有效调节，使脱硝工艺系统可以长期、稳定地运行。

控制系统主要由就地控制柜、PLC控制器和接线箱等组成。接地控制柜主要实现对水泵启停、切换、报警和报警解除以及紧急停止等命令的现场控制。PLC控制器则对整个SNCR脱硝工艺系统实施控制，包括了对远程信号的接收、计算和传输。此外，在不影响熟料生产的条件下，还可以配备独立的中控系统来实现与PLC控制器间的自由切换。

5 结语

为了对水泥行业的NOx排放加以控制，同时也为了能够促进水泥行业获得更好地发展，有必要对SNCR脱硝技术加强开发和应用工作，通过不断对现有技术的改进和优化来达到更优的脱硝处理效果。

参考文献

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