SNCR烟气脱硝技术在水泥行业的应用

　　引言

　　水泥工业是继电力、机动车之后的氮氧化物第三大排放源，按照国家"十二五"规划要求，我国氮氧化物排放将在"十二五"时期下降10%，水泥工业脱硝工作势在必行。国家环保部也明确指出水泥企业要推进氮氧化物减排，走绿色发展的新型工业化道路，为响应此号召，目前已有数家环保企业率先启动了水泥线氮氧化物减排工作，例如浙江衢州巨泰建材有限公司水泥生产线的进口脱硝实验装置、江苏科行的宁夏平罗恒达水泥有限公司2500t/d水泥生产线和陕西声威建材有限公司2500t/d水泥生产线两个工程等。这些企业无一例外的共同选择了SNCR作为水泥行业氮氧化物减排的关键技术。由此看来SNCR技术将成为我国水泥企业氮氧化物减排率先采用的低成本达标排放技术方案。通过欧洲水泥线氮氧化物减排实践证明，SNCR技术可以将水泥窑氮氧化物含量降低到500mg/Nm3以下。下表是意大利水泥集团SNCR处理后的烟气分析参数：

　　SNCR技术可以大幅度降低水泥窑氮氧化物排放量，但是需要良好的工艺设计为基础，本文将从几个影响SNCR脱硝效率的因素上分析。

　　1）不同脱硝剂的选择

　　尿素和氨水对于SNCR来说具有不同的脱硝要求，氨水的反应更直接，有着高效的去除率、较低氨逃逸和较高的化学反应效率；尿素反应更复杂，会形成笑气、较高的氨逃逸和较高的CO形成。具体情况见图1

　　图1  氨水-尿素SNCR系统比较

　　由此可见，理论状态下，氨水的最高脱硝效率可达到87%，尿素的最高脱硝效率约为81%，实际状况下，正常的SNCR脱硝系统可达到的脱硝效率约为60%，尿素和氨水都是可供选择的方案。

　　1）不同脱硝还原剂浓度对脱硝效率的影响

　　还原剂浓度的不同也是影响脱硝效率的关键因素之一，图2列出了3种不同浓度尿素溶液的脱硝效率，正常情况下，最佳的尿素溶液浓度为5%左右，应用于水泥行业，考虑到热耗的影响，正常选择8～10%。

　　图2  不同浓度尿素溶液对脱硝效率的影响

　　1）不同脱硝温度对脱硝效率的影响

　　氮氧化物还原反应发生在一个特定的温度范围，称之为温度窗，温度窗的选择是非常重要的。较低的温度条件下，易产生较高的氨逃逸率；在较高的温度下，NH3又会发生分解，产生新的NOx。理论情况下，氨水的最佳反应温度为856℃，尿素溶液的最佳反应温度为893℃。具体影响见图3。

　　图3  不同温度下二种还原剂脱硝效率比较

　　1）不同脱硝效率下对还原剂消耗量的影响

　　NSR是评价脱硝运行成本中物料消耗的重要指标。NSR是Normalized Stoichiometric Ratio的缩写，意为理论氨氮当量比。对于以尿素为还原剂来说：

　　一般来说，典型的NSR在0.5-3之间。由图3中可以看出，脱硝效率随着NSR值的增长而增长，当NSR超过2以后，脱硝效率就不会有明显的增长。以15%尿素溶液为例，NSR在1～2.0之间变化时，脱硝率由65%增加大84%，脱硝效率增加明显，因为还原剂浓度增加，会使反应进行的更加充分，使还原剂还原NO的几率增大，提高脱硝效率。当NSR在2.0～2.5之间变化时，脱硝效率由84%增加大89%，NSR对脱硝效率的影响变小。随着NSR的增加，反应逐渐趋于饱和。

　　图4  不同NSR对脱硝效率的影响

　　5）反应不同反应时间对脱硝效率的影响

　　在还原剂离开温度窗口前SNCR的整个过程必须完成，这样才能达到理想的脱硝效果。这些过程包括：

　　（1）从喷枪中射出的溶液与烟气的混合

　　（2）尿素溶液中水的蒸发

　　（3）尿素中分解出NH3

　　（4）NH3再分解为NH2以及自由基

　　（5）NOx与NH2的反应

　　所以说，延长还原剂在温度窗口下的停留时间脱硝反应就会更加充分。若想获得理想的脱硝效率，还原剂的停留时间至少需要0.5秒。

　　图5  不同反应时间对脱硝效率的影响

　　由此可见，SNCR脱硝时间应控制在0.5秒以上。喷枪的布置必须考虑此因素的影响，否则将会待会高的氨逃逸。

　　以上这些方面都是影响脱硝效率的关键因素，但也不限于此，还有诸如炉型、矿化剂、煤质等影响因素。对于当前的中国水泥行业来讲，氮氧化物减排势在必行，选择合适的最佳可行性技术方案对企业的稳定长期运行起到关键的影响。SNCR作为技术成熟，运行最为广泛的水泥行业脱硝技术，不失为一种可供选择的优秀技术。但是由于中国水泥行业的影响巨大，特别是发达地区对环保要求的不断提高，更加严厉的标准将相继出台。我们还需要开发出更加优异的诸如高温除尘技术和低温催化剂技术水泥行业脱硝方案。

　　第一作者简介：陈学功（1975年出生），男，本科，工程师，建材机械和工商管理专业。