磷酸三钙工业窑炉选择性非催化还原脱硝研究

罗文龙，刘 成，张 兵，王 耀，李洪开

（贵州云福化工有限责任公司瓮安钙盐分公司，贵州瓮安 550400）

1 TCP生产工艺及高温窑炉热力型氮氧化物的产生

饲料级磷酸三钙（TCP）是优质矿物质饲料添加剂，可补充动物正常生长所必需的磷、钙、钠以及多种微量元素。贵州云福化工有限责任公司瓮安钙盐分公司引进日本小野田化学工业株式会社的钠盐-磷酸烧结法（煅烧法）工艺生产TCP，该技术在国外已有半个多世纪的发展历史。煅烧法TCP生产工艺采用高温工业窑炉提供热源，高温燃烧器（窑炉内）的运行伴随着NOx的产生。生态文明建设是我国当下发展的第一要务，企业生存与发展必须以坚守生态发展底线为前提，助推煅烧法TCP行业朝着纯天然、资源化综合利用、超低排放发展。未来工业窑炉NOx排放要求会越来越严，ρ（NOx）排放限值将低于200 mg/m3。

近些年国内外关于燃烧器的发展有较多报道［1］，常见的燃烧器有法孚皮拉德公司的Novaflam型燃烧器、巴西戴耐米斯工程公司的Dynamis 型燃烧器、德国洪堡公司的PYRO-JET型燃烧器、北京恒大飞天环保设备有限公司的HDF-UBB80G 燃烧器，按燃烧物质分类有垃圾焚烧燃烧器、生物质颗粒燃料燃烧器等固态、液态、气态单相或复合多相燃烧器。虽然不同类型燃烧器各有差异，但燃烧器的燃烧温度、过剩空气量是NOx产生的主要因素。

由于燃料（燃料油、煤粉、天然气、垃圾等）的种类差异，其N含量不同，完全燃烧时，释放的NOx量也不尽相同。与热力型NOx（燃烧用空气中的N2在高温下氧化生成的氮氧化物）产生量相比，燃料中N 生成的NOx量较少。TCP 工业窑炉燃烧温度较高，热量集中，燃烧器要求氧含量过剩（过剩氧体积分数一般为1%～2%），导致燃烧器区域热力型NOx产生。

2 TCP高温窑炉选择性非催化还原脱硝原理

在锅炉等装置运用选择性非还原脱硝技术已有相关报道［2］。常见的脱硝工艺有氨法脱硝和尿素脱硝。

氨法脱硝原理：

3 TCP 窑炉燃烧器工艺指标调整对NOx产生的抑制效果

3.1 燃烧器过剩O2体积分数对NOx产生的抑制效果

燃烧器燃烧温度1 550 ℃，窑炉出窑氧气氛，考察不同过剩氧体积分数对NOx产生的抑制效果。实验结果（见表1）表明，不同过剩氧体积分数对抑制NOx产生效果不佳。

表1 过剩氧体积分数对NOx产生的抑制效果

3.2 燃烧器环绕还原性气氛对NOx产生的抑制效果

燃烧器燃烧温度1 550 ℃，窑炉出窑带有还原性气氛，考察不同还原性气氛对抑制NOx产生的效果（见表2）。实验结果表明，降低过剩氧浓度，逐步增加还原氛围对抑制NOx产生效果不佳。

表2 燃烧器还原性气氛对NOx产生的抑制效果

4 选择性非催化还原脱硝技术在TCP窑炉脱硝的应用研究

考察脱硝剂添加方式、脱硝温度、脱硝剂尿素添加比例对脱硝效率的影响，寻找TCP工业窑炉最佳脱硝条件。

4.1 脱硝剂添加方式对脱硝的影响

在燃烧温度1 550 ℃，脱硝剂尿素添加比例（实际脱硝剂添加量与最小理论脱硝剂添加量之比，最小理论脱硝剂添加量为20 kg/h）1.72、脱硝温度710 ℃下，在同一个加料点加脱硝剂，考察脱硝剂不同加料方式对脱硝效果的影响，结果见表3。由表3 可知，脱硝剂气化喷雾加料方式效果略好，主要是脱硝剂气化后可与燃烧尾气充分接触，增大接触面积，延长反应停留时间，脱硝剂与NOx反应更充分。

表3 脱硝剂添加方式对脱硝效果的影响

4.2 脱硝温度对脱硝的影响

在燃烧温度1 550 ℃，脱硝剂尿素添加比例1.72，尿素加料方式为液态气化喷雾，脱硝温度650～900 ℃下开展脱硝研究，结果见表4。由表4 可知，脱硝温度在820 ～870 ℃能达到较佳的脱硝目标，脱硝效率对脱硝温度敏感。

表4 脱硝温度对NOx脱除效率影响

4.3 尿素添加比例对脱硝的影响

在燃烧温度1 550 ℃、脱硝温度870 ℃，尿素加料方式为液态气化喷雾条件下研究脱硝剂比例对脱硝效率的影响，结果见表5。由表5 可知，最佳脱硝剂比例为1.72，随着尿素添加比例继续增大，脱硝效率有所提高，但总体提高不大，带来成本成倍增加，不经济。

表5 脱硝剂尿素添加比例对脱硝效率的影响

5 结论

TCP煅烧工艺高温窑炉依靠降低过剩氧体积分数、采取燃烧器还原氛围抑制热力型NOx产生效果不佳；合适的脱硝温度对脱硝效率贡献较大；在理想的脱硝温度下，脱硝剂尿素添加比例增大对脱硝效率改善有一定效果，但综合考虑经济性，并非增大越多越好。TCP煅烧高温窑炉最佳脱硝条件：脱硝温度820 ～870 ℃；脱硝剂尿素添加比例1.72；脱硝剂添加方式为液态气化喷雾。此条件下选择性非催化还原脱硝得到强化。