欧洲水泥脱硝环保技术分享

　　SNRC系统的基本信息

　　目前，很多水泥窑的氮氧化物（NOx）排放水平都超过未来的环保规定 。法孚皮拉德公司的NeutriNOx 系统为降低氮氧化物排放水平和满足 未来排放要求，即2001/81号欧盟指令规定的500 mg/（n）m3@10% O2  vol. dry eq NO2. Cf提供了妥善的解决方案。

　　解决方案以选择性非催化还原（SNCR）脱硝方法为基础，利用氨水或尿 素还原反应减少烟气中的氮氧化物，只有使用Rotaflam LoNOx?低氮氧 化物水泥窑燃烧器才能把水泥工艺过程中的氮氧化物降到欧盟指令要求的排放水平。然后把稀释的尿素或氨水溶液直接喷入高温烟气，达到减排目的：

　　选择性非催化还原的原理：

　　用气态氨NH3在高温下（800℃和1100℃之间）还原燃烧过程中产生的一氧化氮和二氧化氮（统称氮氧化物），发生如下反应：

　　4 NO + 4 NH₃ + O₂→4 N₂ + 6 H₂O（R1）

　　6 NO₂ + 8 NH₃→7 N₂ + 12 H₂O（R2）

　　5 O₂ + 4 NH₃→4 NO + 6 H₂O（R3）

　　反应R1和R2是主要反应。温度超过980℃以后，反应R3不仅不能降低氮 氧化物的浓度，还生成更多的氮氧化物，导致整体脱硝效率下降，具体如下图所示：

　　因此，必须在气体处于最佳反应温度时喷入尿素或氨水溶液。脱硝效率是两个参数——温度和分子比（NH3/初始氮氧化物）的函数，在960℃ 左右效率最大，如改进分子比，还可以进一步提高脱硝效率。

　　用尿素代替氨水的原因，可以通过下列任何一种方式获得还原剂液态氨（NH3）：

　　浓度10~35%（m/m）的氨水溶液。在欧洲，浓度超过25%（m/m）的氨水溶液属危险品，需要遵守极其严格的存储和搬运安全规定；或者浓度25~45%（m/m）的尿素溶液CO（NH2）2。温度超过200时℃，尿素发生 如下分解反应：

　　CO（NH2） 2 + H2O→CO2 + 2 NH3（R0）

　　从理化性能来看，尿素使用起来更安全也更方便。而氨水溶液的效率一般高于尿素。

　　因此，法孚皮拉德公司在水泥厂NeutriNOx 系统中同时使用了尿素和氨水溶液基础产物。选择尿素溶液还是氨水溶液主要看产品价格、本地 化学品供应商的供货情况以及预期的温度范围。

　　NeutriNOx 系统的主要成分是氨和尿素。

　　从溶液槽到喷射器，法孚皮拉德公司提供完整的安装服务，并且专门制订了全面的工程流程。

　　现场测量与烟气流量建模

　　法孚皮拉德公司通过现场温度监控确定充分、适当的反应区（为现有工厂）。然后计算烟气余量，利用CFD（Fluent）软件模拟反应区的速度和温度剖面图。

　　喷雾建模与化学品和流量建模

　　二期工作包括反应区内的喷雾建模、颗粒建模和效率优化：法孚皮拉德  “NeutriNOx ”SNCR系统以下列方式优化喷射器数量及其位置/渗入点 （一个或多个）

　　喷射器和喷雾器

　　法孚皮拉德公司的喷射器是专门开发的专利产品，产生的雾滴非常细， 使尿素/氨水与氮氧化物颗粒发生下列反应。

　　每个喷射雾化器都能根据风道位置、风道直径等操作参数改变穿透力。

　　喷射器的穿透力指（溶液-空气）乳化液喷射到相应轴上的喷射冲力， 反映了雾化器的射流按下列方式穿透和混合主要烟气流的能力。

　　凭借高效的喷射器；

　　工程阶段对雾化器的开孔数、角度等进行优化的可能性；

　　调试阶段不改变喷雾器，而通过喷雾空气用量和/或用水量的调节优化喷雾参数的可能性；法孚皮拉德公司的雾化装置（流体雾化型）和 NeutriNOx 系统能够保证最大的穿透力，使反应区达到最佳混合扩散效果，从而极大地降低烟卤排放NH3的风险。此外，还可以通过 NeutriNOx 控制系统设置参数。

　　法孚皮拉德公司NeutriNOxSNCR系统说明

　　系统包括溶液槽、控制柜、滑架以及设有数个喷雾器的2级喷枪。

　　尿素/氨水溶液可以先与水混合，以提高喷射器调节比，增加射流穿透力，然后经喷射器喷射，雾化器雾化。根据CFD建模结论设置6至10个溶液喷头，分1级、2级或2级以上安装在分解炉内。一般分两级安装喷头。一级喷头的作用是覆盖最大的表面，达到最长的停留时间，二级喷头的作用是优化反应，提高效率。

　　通过烟卤内的氮氧化物排放直接控制溶液流量。对水量进行控制，确保最大的喷射效率。这种配置能保持最大的穿透力，便于精确地控制烟卤内的氮氧化物排放。

　　除了温度剖面图、燃烧器和生料入窑位置以外，还考虑了燃烧器负荷、窑尾烟气中的一氧化氮和二氧化氮的含量、二次风温及烟卤的NH3排放值等参数，以便在工程阶段和调试阶段优化尿素/氨水溶液。

　　必须根据氨水溶液或尿素溶液对溶液槽进行内部加热或内部冷却。

　　法孚皮拉德公司可提供卸料装置和溶液槽。对溶液槽的温度控制和尿素 浓度进行定义，防止尿素溶液冻结和/或结晶。在大多数情况下，推荐 在NeutriNOx 工艺中选用40%浓度的溶液。

　　另一方面，氨水的蒸汽压力非常低。因此，必须仔细确定氨水浓度，防止溶液槽出现气化现象，在这种情况下，必须对溶液槽进行冷却。一般情况下，氨水浓度最好不超过25% （m/m），设计溶液槽和输送系统时，避免采用危险品标准。

　　应用成果

　　法孚皮拉德公司已经在一些工厂安装了NeutriNOx  SNCR系统。

　　法孚皮拉德公司以工程流程为基础，有条不紊地实施了一系列全面的温度测量工作，并随后进行了全面的FLUENT模拟，以最大程度地提高ITC Salerno工厂的现场脱硝反应效率。法孚皮拉德公司通过分解炉反应区温度剖面图和速度剖面图的分析以及尿素喷射的优化（涉及喷射点、喷 射器数量以及角度、速度、水浓度、射流穿透力等参数的选择）确定专用喷射器的理想位置，确保最大的喷雾细度以及日后的调节（射流冲力、角度和孔数选择等）。

　　系统在亚洲实现了第2次应用。由于水泥生产线的产能较大（约5000吨每天），工程阶段安装了两级喷射器，每级6个。2006年3月调试期间进行优化，确定运转参数，以便在自动模式下取得最佳效果。法孚皮拉德公司采用了与ITC Salerno工厂相同的模拟方法。以自动模式运行 NeutriNOx 系统，确保烟卤内的氮氧化物排放保持在设定值的正负5%范围内，使尿素/氨水用量达到最佳水平。

　　结论

　　凭借这项全新技术，法孚皮拉德公司能优化尿素/氨水溶液用量，达到氮氧化物排放要求，避免溶液过量，从而在保持脱硝效率不变的情况下，节约溶液量达25%左右（与未经优化的方法相比）。在财务上即表示，日产量3225吨的水泥窑每年的氮氧化物还原成本为12万欧元（按40% （m/m）尿素溶液，90欧/吨计算）。