SNCR脱硝技术在某水泥厂脱硝工程应用

　　国家在“十二五”发展规划中明确指出水泥行业是NOx减排的重点行业，确定在“十二五”期间降低水泥行业NOx排放量12%，水泥行业脱硝形势十分严峻。

　　我国水泥产量已连续多年位居世界首位，拥有水泥企业近5000家，2011年水泥产量达20.6亿吨，占了世界总产量一半左右，其中新型干法水泥产量比例达到85%以上。新型干法是水泥行业NOx的主要来源，其氮氧化物排放浓度在300～2200 mg/m³（标况）。据统计，2010年我国水泥行业NOx的排放量为170万吨，2012年预计可达200万吨左右，约占全国排放总量的10%，将成为电力行业之后的第二大NOx排放行业。

　　SNCR脱硝技术在在国外水泥炉窑脱硝得到了广泛应用，被认为是目前可用于水泥工业的最好技术，可实现高达85%以上的脱硝效率。因此成熟的SNCR脱硝技术在我国水泥行业应用推广，将极大推动我国水泥行业脱硝进展，以实现水泥行业“十二五”脱硝消减控制目标。

　　本文对某水泥生产线进行了SNCR脱硝工程测试，来考察不同的喷射位置、覆盖范围、NSR、以及温度等因素对SNCR脱硝效率的影响，以获得工业设计参数。

　　1.测试设备

　　为了使用与维护的简单便捷，本测试系统按照工业化的要求进行组装，SNCR系统各个部件集成为五大模块，与现有工业锅炉SNCR脱硝相似，主要包括氨水罐及供应模块、稀释水模块、计量混合模块、喷射模块和控制模块五部分。

　　氨水罐及供应模块实现氨水储存与供应，稀释水模块提供稀释水，两者量由锅炉运行情况和NOx排放情况决定，然后一起进入计量混合模块，计量混合模块将混合好的氨水溶液计量配送到喷射模块的各支喷枪，最后由喷枪喷入烟道实现脱硝。

　　2. 测试方案

　　本次测试考察主要是考察不同喷射位置、还原剂覆盖面积以及温度对脱硝效率的影响，具体如下；

　　2.1旋风分离器（C5）出口

　　旋风分离器（C5）出口温度为900℃左右，图2给出了旋风分离器（C5）出口的布排方式。在如图所示，通过设计喷枪喷射方式，在旋风分离器（C5）出口设计了2种覆盖面积的布排方式，C1覆盖面积为占75%-80%，C2覆盖面积为占90%-95%。

　　2.2回转窑出口

　　回转窑出口温度约为1050℃，图3给出了旋转窑出口的布排方式。在如图所示，通过设计喷枪的喷射方式，在旋转窑出口设计了3种覆盖面积的布排方式，K1覆盖面积为占75%-80%，K2覆盖面积为占90%-95%，K3覆盖面积为占95%-99%。

　　3. 结果与分析

　　3.1旋风分离器出口测试结果

　　由上图可知，729l/h的质量分数为25%氨水溶液能使NOx浓度从1280 mg/Nm³降低到400 mg/Nm³以下，脱硝效率达到70%以上，NSR为1.43，但是NSR与NOx脱除率的曲线曲率及氨利用率(AUF)只有55%左右，而覆盖面积也只占75%-80%。

　　由于改进后的喷枪流量比原先有所增加，因此整个测试质量分数为25%氨水溶液流量增加到最大931l/h，NOx浓度从1280 mg/Nm³降低到200 mg/Nm³以下，覆盖面积约占90%-95%，NSR为1.65。与C1相比，C2虽然覆盖面积明显增加，但是氨利用率(AUF)没变，这说明氨利用率与覆盖面积无关，可能与温度有关。

　　3.2回转窑出口测试结果

　　由上图可知，475l/h的质量分数为25%氨水溶液能使NOx浓度从980 mg/Nm³降低到200 mg/Nm³以下，脱硝效率达到82%以上，NSR为1.48，覆盖面积约占85%-90%，脱硝效果非常好，甚至可以认为提高覆盖面积可以将NOx浓度降低到更低。氨利用率(AUF)提高到67%左右，但是在脱硝效率70%-80%时，曲线曲率及氨利用率(AUF)急剧减小，脱硝效率达到88%时NSR为2.0，原因可能是在这一点覆盖面积内的氨使用已经饱和，后续消减是由于后来喷入的氨经过混合脱除剩余的10%-15%面积中的NOx。因此，在氨利用率(AUF)急剧下降后继续增大氨水的用量可能造成氨逃逸过大。

　　由上图可知，与K1相比，K2覆盖面积有所提高，效果有所提高，478l/h的质量分数为25%氨水溶液能使NOx浓度从1040 mg/Nm³降低到200 mg/Nm³以下，脱硝效率达到86%以上，NSR为1.48，覆盖面积约占90%。氨利用率(AUF)也从67%提高到70%，是由于2#与3#喷入区域靠近生料，生料分解导致温度降低，而K2相比K1，将一处喷入点移离到温度较高的区域导致氨利用率(AUF)提高。但是氨利用率曲线曲率在80%-90%区间急剧减小，脱硝效率达到88%时NSR为1.7，原因与K1相同，由于K2覆盖面积提高因此曲率的转折点也相应提高。

　　由图6与图7对比可知，K3与K2结果非常相似，在400l/h以上的质量分数为25%氨水溶液能使NOx浓度从1040 mg/Nm³降低到200 mg/Nm³以下，覆盖面积提高到95%，但是氨利用率(AUF)略有下降，氨利用率曲线更加线性，可能是因为K3的测试条件比较稳定，以及K3比K2、K1更好的覆盖范围。氨利用率曲线曲率同样在80%-90%区间急剧减小，脱硝效率达到86%时NSR为1.5，曲率的转折点没有提高的原因可能是K2的覆盖范围已经足够，剩余面积完全可由气体混合来实现脱硝目的，因此K3的覆盖面积虽然提高但是没有明显作用。

　　4. 总结

　　通过上述结果的分析，可以得到以下结论：

　　（1）一定范围内提高覆盖面积，能够提高脱硝效率，但是达到一定量后，并没有明显的效果；

　　（2）氨利用率与覆盖面积没有关系，与温度有直接关系并随着温度（一定范围以内）升高而提高，随着NSR增大氨达到饱和后而降低；

　　（3）氨利用率过高，容易出现氨饱和使氨利用率急剧下降，如果继续增大氨用量来提高脱硝效率，容易形成较高的氨逃逸。

　　因此，面对不同的SNCR脱硝工程，应选择适合的覆盖面积、NSR和温度，以达到最经济实用。