引言

綠色發展理念下，人們環保意識日漸增強，國家相關部門也對工業生產排放問題提出更高的要求，國內很多省份相繼出臺水泥行業超低排放標準，要求水泥窯尾氣氮氧化物排放量不得超過100mg/m3，而A級企業則不高于50mg/m3，在相關要求下，很多水泥廠開始其項目的優化改造。陜西北元集團水泥廠具備2×3000t/d生產線，屬于公司PVC生產配套項目，應用100%電石渣生產水泥的工藝，為了實現超低排放的標準，2020年，公司開展脫硝分體計量技術的改造優化，本研究在對水泥廠常用脫硝技術進行介紹的基礎上，對本公司脫硝分體計量技術的具體改造過程及應用效果展開詳細分析。

1.1 選擇性非催化還原技術(SNCR)

目前，水泥廠在脫硝處理上采用的是選擇性非催化還原技術(SNCR)，主要在870~1200℃的溫度區間內含氮藥劑噴進具有氮氧化物的燃燒產物之中，進而產生還原反應，對氮氧化物進行脫除，產生水與氮氣，該反應的化學反應方程式為：

4NH₃+4NO+O₂→4N₂+6H₂O 4NH₃+2NO₂+O₂→3N₂+6H₂O 

8NH₃+6NO₂→7N₂+12H₂O

4NH₃+6NO→5N₂+6H₂O

SNCR技術是現階段大部分水泥廠采用的重點脫硝技術，技術優勢明顯，一次性資金投入較低，空間的占用較小，但是受綠色環保理念影響，國內多個省份出臺“超低排放”相關要求，陜西省則是在2016年便全面啟動超低排放改造，而SNCR脫硝效果難以滿足“超低排放”要求的低于50mg/m3氮氧化物排放標準，另外，該項技術在氨水的消耗上比較巨大，增加水泥廠的運行成本，且如果使用不當還是引發煙氣按出現逃逸，給環境帶來污染。在這樣的背景下，對該項技術進行優化改造非常迫切。

1.2 SNCR脫硝效果關鍵影響因素

(1)溫度范圍

氮氧化物發生還原反應的最佳溫度需要保持在一定范圍之內，為850~950℃。脫硝反應中的還原劑氨水對于溫度比較敏感，因此，氨水噴槍噴嘴位置的選擇對于脫硝的效果與效果具有關鍵性影響。通常而言，水泥廠會應用溫度流場模擬、水泥窯系統溫度測試等對于各區域溫度的分布開展模擬分析，進行根據溫度進行噴槍噴嘴位置的確定。

(2)合適溫度區間的停留時間

停留時間是指反應物于反應器中停留的時間合計，在這個時間內，氨水等還原劑和煙氣混合、水蒸發、還原劑分解、氮氧化物還原等有關的步驟都需要完成。停留時間的長短與鍋爐氣路尺寸、煙氣的速度等有關，在SNCR脫硝系統之中，停留的時間通常為0.001~10s。

(3)反應劑與煙氣混合度

還原反應的發生要求還原劑須和煙氣混合均勻，這樣將有效提升脫硝的效果，而混合程度一般受鍋爐形狀、氣流經過鍋爐方式、還原劑氨水的擴散度等影響。還原劑氨水的擴散度則受到噴嘴、噴射方向、噴射速度、霧化角等因素的影響。

SNCR脫硝現已發展相對成熟，被廣泛應用于水泥行業，而有效的霧化控制、更為精確的氮氧化物測量技術都可以對脫硝劑的噴入量、還原劑與煙氣的混合度進行更高效控制，進而提升脫硝效果，獲得更加穩定、更加高效的脫硝效率。

2.1 脫硝噴槍位置的改造

筆者所在水泥廠為了提升脫硝效率，在分解爐中部安裝6根氨水噴槍的基礎上，又在末級旋風筒出口安裝3根噴槍，雖然還原劑氨水的耗量獲得一定程度降低，但是相比同類企業，還原劑氨水的耗量依舊偏高。為此，水泥廠開展脫硝噴槍改造項目，將分解爐的6根與C3出口的3根氨水噴槍進行拆除，同時在C；出口撒料臺下部1.2m 的位置處，依照順時針的方式分別和撒料臺的中心線呈現45°、135°、225°及315°的位置處增加4根氨水噴槍，具體改造前后見圖1。

圖1 改造前后脫硝噴槍位置示意圖

還原劑氨水噴槍的位置對于脫硝的效果與效率具有關鍵作用，其安裝位置的選擇主要根據以下三點因素，包括還原劑氨水和氮氧化物發生反應的最優溫度區間、相對充足的反應時間及反應的環境(即煙氣含塵量的高低)。水泥廠針對氨水噴槍位置的改造是經過企業現場相關技術工作者的反復試驗論證及相關專業人士的指導進行，將噴槍安裝于溫度為850~950℃，末級旋風筒錐部和直筒交界處，也就是直筒下部的20cm位置，該部位溫度為還原反應發生的最佳溫度區間，煙氣的含塵量也相對較低，同時下料管和末級旋風筒錐部之間的距離相對較大、風速相對較小，這就擴大了氨水的反應區域，有效增加反應時間，最終提升脫硝效率與效果。

2.2 分體計量技術的應用

水泥廠還針對各個噴槍的氨水管線進行過濾器、調節閥、流量計、壓力表等系列裝置的安裝，在空氣壓縮管線上進行過濾器、壓力表、調節閥等安裝，有效實現分體計量，并把各噴槍分體計量的裝置系統置于一處，方便進行對比與調整，同時，為了更好地保護計量系統，尤其是防止因冬季溫度過低而導致系統損壞，水泥廠應用彩鋼制作成小房子對其進行防風與保溫保護。分體計量技術的應用，保障各個噴槍所噴出的氨水流量、壓力等參數相同，優化氨水霧化的效果，不僅減少還原劑氨水的耗量，還提升脫硝的效率與效果。

水泥廠對脫硝分體計量技術進行優化改造后于2021年將其應用于生產一線、二線與三線，水泥廠脫硝處理中2020年與2021年氨水消耗情況見表1。

由表1可知，陜西北元集團水泥廠2020年兩條生產線的熟料總產量為2176657.86t，脫硝處理中還原劑氨水的使用總量為4010.74t，2020年水泥廠脫硝處理中氨水單耗為1.84kg/t；經過脫硝分體計量技術改造后，2021年，水泥廠熟料生產總量為2125030.50t，氨水的消耗量為3111.34t，氨水單耗為1.46kg/t。相比2020年，2021年水泥廠的氨水單耗降低0.38kg/t，氨水的消耗量獲得明顯降低，該項目具有一定的改造效果，具有一定的推廣性。

作者：謝強，崔軍軍，徐林軍

所屬：陜西北元集團水泥有限公司

來源：《中國水泥》

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