SCR脫硝工藝裝置的主要組成部分包括一個(gè)裝催化劑的SCR反應(yīng)器、一個(gè)儲(chǔ)罐及一個(gè)還原劑注入系統(tǒng)。還原劑即可是帶壓的無(wú)水液氨，也可是常壓下的氨水溶液(通常重量濃度為25％)。此外還可能是尿素水溶液(通常重量濃度為40％)。當(dāng)采用氨水或尿素溶液時(shí)，通常將其通過(guò)位于導(dǎo)管或滑流的霧化噴嘴直接注入到煙氣通道中。無(wú)水液氨的儲(chǔ)存壓力取決于儲(chǔ)罐的溫度(例如20℃時(shí)壓力為1000kPa)。液氨通過(guò)蒸發(fā)器中的蒸汽、熱水或電被減壓并蒸發(fā)。然后，蒸發(fā)的氨氣經(jīng)空氣稀釋，通過(guò)注入系統(tǒng)被注入到煙氣中。注入系統(tǒng)有許多注射噴嘴組成，使氨和煙氣均勻分布。

另—方面，在噴嘴數(shù)量較少的情況下可以結(jié)合一個(gè)靜態(tài)的混合器一起使用。氨氣在煙氣內(nèi)的均勻分布對(duì)于實(shí)現(xiàn)NOx的有效還原、較低的氨逸出量以及由此達(dá)到催化劑的有效利用都十分重要。在NOx原程度很高時(shí)，氣流均勻分布相當(dāng)重要。

企業(yè)在不同的地區(qū)和不同時(shí)段，可選擇采用SNCR法或SCR法脫硝技術(shù)。SNCR法的脫硝的效率為50％~60％，低于選擇性催化還原法(SCR)脫硝的效率(80％~90％)，而SNCR法的費(fèi)用(包括設(shè)備費(fèi)用和操作費(fèi)用)只有SCR法的五分之一左右。

SCR法脫硝技術(shù)是一項(xiàng)SCR方法是頗具潛力的先進(jìn)實(shí)用技術(shù)，SCR法可以保證廢氣NOX濃度降到100～200mg／Nm3。NO₂的減排效果高達(dá)85％～95％，而且其減排性能不會(huì)像SNCR那樣受到水泥窯規(guī)格大型化的影響，但SCR需要使用和消耗價(jià)格昂貴的貴金屬催化劑，且由于水泥企業(yè)廢氣的粉塵濃度很高，堿金屬含量較高，易使催化劑中毒和堵塞，在水泥工業(yè)上的實(shí)踐剛開(kāi)始不久，還有諸多改進(jìn)的空間。

5 新型飽和蒸汽低氨燃燒脫硝技術(shù)

在SNCR脫硝技術(shù)基礎(chǔ)上引進(jìn)山東ZC公司一種新型飽和蒸汽低氨燃燒脫硝技術(shù)，通過(guò)改造實(shí)施取得理想效果。山東ZC在新型干法熟料生產(chǎn)線采用SNCR脫硝技術(shù)和分級(jí)燃燒脫硝技術(shù)的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新研發(fā)蒸汽低氨燃燒系統(tǒng)工程技術(shù)。該技術(shù)在對(duì)熟料生產(chǎn)質(zhì)量無(wú)負(fù)面影響的條件下，根據(jù)每條干法窯具體情況對(duì)分解爐的煤、風(fēng)、C4下料管道及煙室入分解爐廢氣出口進(jìn)行技術(shù)改造。在煙室與三次風(fēng)管以下錐體部分間建立一個(gè)貧氧燃燒區(qū)(即還原區(qū))，利用余熱發(fā)電飽和蒸汽經(jīng)過(guò)催化劑與噴入還原區(qū)灼熱的煤粉，在C4水泥熱生料的溫度調(diào)節(jié)及催化的作用下反應(yīng)生成還原氣氛CO、H₂、HCN等還原劑促進(jìn)NOx還原，減少NOx的排放，降低氨水用量，氨水量同比降低可達(dá)60％~100％。對(duì)水泥行業(yè)生產(chǎn)節(jié)能降耗和NOx減排起到良好效果。

5.1 蒸汽低氨燃燒工作原理

在分解爐錐體部位建立還原燃燒區(qū)，技改分解爐煤粉燃燒系統(tǒng)，將分解爐燃燒煤粉利用貧氧燃燒器均勻噴到該還原區(qū)內(nèi)，把余熱發(fā)電鍋爐飽和蒸汽經(jīng)催化劑噴入該還原區(qū)煤粉燃燒處。飽和蒸汽侵入灼熱碳晶體結(jié)構(gòu)矩陣，在碳一水蒸汽反應(yīng)過(guò)程中生成CO+H₂及碳氧配合物C(O)+·OH，隨后C(O)發(fā)生分解生成CO和·OH新的反應(yīng)活性位，在水泥熱生料調(diào)節(jié)還原區(qū)溫度及催化的作用下'在貧氧區(qū)燃燒快速產(chǎn)生CO、CH4、H₂、HCN等還原劑，這些還原劑與窯尾煙氣中的NOx發(fā)生反應(yīng)，將NOx還原成N₂等無(wú)污染的惰性氣體。此外，煤粉在缺氧條件下燃燒，C與NO反應(yīng)還原生成N₂并且抑制自身燃料型NOx的產(chǎn)生，可降低SNCR氨水用量60％～100％(NOx國(guó)標(biāo)排放標(biāo)準(zhǔn)400mg／Nm3)，從而實(shí)現(xiàn)水泥生產(chǎn)過(guò)程中的NOx減排。煤焦在還原區(qū)窯尾廢氣1050℃的狀況下迅速加熱，噴騰到三次風(fēng)處快速充分燃燒，提高煤的燃燼效率。

5.2 飽和蒸汽參與煤粉還原NO主要反應(yīng)

C+H₂0→H₂+CO

C+1／20₂→CO

2CO+2NO→N₂+2CO₂

2H₂+2NO→N₂+2H₂O

CHi+NO→N₂+…

HCN+NO→N₂+…

NH₃+NO→N₂+…

5.3 水泥熱生料催化及溫度調(diào)節(jié)

（1）煤粉在還原區(qū)內(nèi)燃燒，由于窯尾廢氣溫度在1 100℃左右并含有一定的氧含量，還原區(qū)內(nèi)溫會(huì)升高達(dá)到1200℃左右，利用C4熱生料均勻撒料在分解爐錐體還原區(qū)，把還原區(qū)溫度控制在C與水蒸汽、C與1／2O₂、CO與NO、H₂與NO反應(yīng)的合理溫度條件，使氮氧化物還原為氮?dú)猓肅4熱生料把還原區(qū)溫度控制在1100℃以下防止分解爐錐體結(jié)皮。

（2）水泥生料分解的主要化學(xué)成分是CaCO₃，并包含有許多金屬及非金屬礦物質(zhì)，其成分類似于煤灰的礦物質(zhì)。一般認(rèn)為水泥生料中對(duì)NO還原起主要作用的物質(zhì)為CaO，且CaCO₃先發(fā)生分解反應(yīng)CaCO₃→CaO+CO₂。生料對(duì)焦炭及對(duì)揮發(fā)分還原NO的催化作用機(jī)理不同，其中生料對(duì)煤焦還原NO的影響為固固催化過(guò)程，金屬氧化物催化還原NO主要經(jīng)歷如下的過(guò)程：金屬氧化物被煤焦表面的活性點(diǎn)還原為金屬氧化物或低價(jià)金屬氧化物；NO在金屬氧化物表面的吸附；O在NO與金屬之間傳遞；焦炭表面的0分解吸附。CaO等金屬氧化物對(duì)揮發(fā)分還原NO為氣固作用機(jī)理，生料分解產(chǎn)物與揮發(fā)分(氣相)接觸的可能性遠(yuǎn)高于生料與焦炭固相與固相之間接觸的可能性，是生料對(duì)煤粉還原作用影響更顯著的重要原因。當(dāng)環(huán)境中含有較多的揮發(fā)分時(shí)，揮發(fā)分中的CHi還原NO的HCN，在CaO表面吸附生成CaCN：，通過(guò)光譜分析證實(shí)了CaCN：的存在，并且發(fā)現(xiàn)CaCN₂穩(wěn)定性較差，很容易與其他氣體反應(yīng)生成NH₃，NH₃繼續(xù)與活性的一CaO基團(tuán)反應(yīng)生成更多的Ca(N)(結(jié)合在Ca表面的N原子)，進(jìn)而生成N₂，加快NO的還原速度。

（3）CaO催化作用下?lián)]發(fā)分還原NO主要發(fā)生的反應(yīng)方程式：CaO+2HCN→CaCN₂+CO+H₂

CaCN₂+H₂O+2H₂+CO₂→CaO+2CO+2NH₃

NH₃+3／4O₂→3／2H₂O+1／2N₂

4NH₃+6NO→5N₂+6H₂O

5.4 蒸汽低氨燃燒系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

（1）建立貧氧還原區(qū)，使窯內(nèi)NOx得到有效還原，降低氨水用量。

（2）貧氧燃燒器噴入方式為四角切圓，充分延長(zhǎng)還原時(shí)間。

（3）利用余熱鍋爐發(fā)電飽和蒸汽，經(jīng)過(guò)催化后噴人貧氧還原區(qū)與灼熱的碳在貧氧、高溫條件下生成還原氣體，還原窯爐內(nèi)NOx。

（4）熱生料中堿性氧化物催化還原窯爐內(nèi)NOx并調(diào)節(jié)還原區(qū)溫度。

6 脫硝技術(shù)改造方案及實(shí)施內(nèi)容

利用協(xié)同停窯錯(cuò)峰生產(chǎn)時(shí)機(jī)，對(duì)2號(hào)窯進(jìn)行脫硝維修改造，項(xiàng)目工期20天。

6.1 蒸汽低氨燃燒系統(tǒng)工程改造內(nèi)容

（1）窯頭蒸汽催化與煤粉氣化系統(tǒng)項(xiàng)目。從窯頭主蒸汽管道引一路過(guò)熱飽和蒸汽至窯頭燃燒器，利用飽和蒸汽噴槍從窯頭燃燒器點(diǎn)火油槍處插入，待窯系統(tǒng)運(yùn)行正常時(shí)投入使用，飽和蒸汽使用量約30—50kg／h。

（2）窯尾蒸汽催化與煤粉氣化系統(tǒng)項(xiàng)目。從窯尾主蒸汽管道引一路過(guò)熱飽和蒸汽至新定位分解爐燃燒器底部，與窯尾煤粉同步使用，飽和蒸汽使用量約50-80kg／h。

（3）分解爐煤粉燃燒系統(tǒng)改造。把原來(lái)分解爐四根煤燃燒器下移至窯尾煙室縮口上0.5～1m位置，旁邊增設(shè)空氣炮有助于清理煤粉不完全燃燒產(chǎn)生的結(jié)皮。其目的飽和蒸汽與煤粉混合在缺氧的狀態(tài)下產(chǎn)生水煤氣，水煤氣具有還原性，還原窯內(nèi)產(chǎn)生熱力型NOx。同時(shí)實(shí)現(xiàn)煤粉分級(jí)燃燒。

（4）窯尾三次風(fēng)管改造。原三次風(fēng)管入口在分解爐下錐體偏上部位，重新對(duì)三次風(fēng)管入口定位，具體把三次風(fēng)管入口延原來(lái)中心線抬高2~3m距離，三次風(fēng)管人口定位在分解爐圓柱體處。其目的產(chǎn)生足夠的距離方便產(chǎn)生還原區(qū)

（5）C4A、C4B分料管改造。把原來(lái)1根C4A下料管，C4A物料撒料裝置在三次風(fēng)管一側(cè)人分解爐，改為分為兩路，安裝分料裝置，一處在新安裝三次風(fēng)管旁，另一處安裝在新安裝分解爐燃燒器上方。同樣，C4B按照C4A改造思路進(jìn)行。其目的壓低煤粉燃燒溫度。

（6）煙室縮口優(yōu)化改造。原設(shè)計(jì)煙室縮口直徑2.5m，經(jīng)過(guò)理論計(jì)算，確保下縮口風(fēng)速，保證分解爐內(nèi)物料不塌料的前提下，把煙室縮口直徑改為2.6m，通風(fēng)截面積增加0.4m2，其目的增加窯內(nèi)通風(fēng)面積，有助于提高窯產(chǎn)量。

6.2 工藝方案流程(見(jiàn)圖4）

7 改造效果

脫硝改造項(xiàng)目結(jié)束投入運(yùn)行，工藝負(fù)責(zé)人結(jié)合山東ZC技術(shù)人員要求，窯系統(tǒng)操作按照原來(lái)操作模式投料操作，窯臺(tái)時(shí)在300t／h以下時(shí)，出現(xiàn)分解爐溫度失控現(xiàn)象，初步判斷有輕微小股塌料造成，隨著喂料量的增加，此現(xiàn)象消除。窯臺(tái)時(shí)在430t／h左右，噴氨量明顯降低至750L／h左右，隨著窯系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，當(dāng)窯臺(tái)時(shí)在450t／h，噴氨量明顯降低至500L／h左右。經(jīng)過(guò)短期調(diào)試，窯系統(tǒng)正常運(yùn)行的情況下，控制NOx排放小于400mg／m3，噴氨量維持在450L／h。與原來(lái)使用SNCR技術(shù)脫硝消耗氨水量相比較減少了750L／h。

經(jīng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)對(duì)比分析，經(jīng)過(guò)脫硝改造氨水消耗量降低效率在65％左右，對(duì)整個(gè)燒成工藝無(wú)負(fù)面影響，窯工況系統(tǒng)穩(wěn)定，產(chǎn)質(zhì)量正常。

8 效益分析

8.1 節(jié)約氨水用量

通過(guò)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析計(jì)算：改造前日平均消耗氨水28t左右；改造后日平均消耗氨水10t左右，日平均節(jié)約氨水18t。年節(jié)約氨水18tx300天=5400t。氨水采購(gòu)價(jià)格為590元／t。

日平均節(jié)約氨水費(fèi)用=18t X 590元／t=10620元。

年節(jié)約氨水費(fèi)用=10620元／天x300天=318.6萬(wàn)元

8.2 節(jié)煤效益

SNCR脫硝技術(shù)采購(gòu)氨水濃度為20％工業(yè)廢氨，其中80％水。噴氨點(diǎn)在分解爐出口處，分解爐出口溫度控制在890℃一900℃之間，也就意味著氨水中80％的水分吸熱被汽化，1kg水汽化需要吸收的熱量為2258.77kJ，需要0.1825kg標(biāo)煤，相應(yīng)減排0.04765kg二氧化碳。

年節(jié)約標(biāo)煤：788.4t，年節(jié)約費(fèi)用：77.26萬(wàn)元。

8.3 減少工藝臨停

因噴氨量較大造成分解爐副筒結(jié)皮嚴(yán)重，大塊結(jié)皮易造成C5級(jí)下料管堵塞，正常處理清堵時(shí)間4h左右，點(diǎn)火升溫時(shí)間lh，升溫用煤約15t左右。如果每發(fā)生一次預(yù)熱器堵塞，造成直接經(jīng)濟(jì)損失。大型風(fēng)機(jī)主機(jī)設(shè)備空運(yùn)轉(zhuǎn)電量約為16000kW，浪費(fèi)電費(fèi)約為9600元，浪費(fèi)原煤約為12000元。間接損失窯產(chǎn)量減少1400t，熟料凈利潤(rùn)約為20元／t，減少利潤(rùn)約為28000元。一次預(yù)熱器堵塞臨停事故造成經(jīng)濟(jì)損失約為4.96萬(wàn)元。

9 結(jié)語(yǔ)

重慶水泥協(xié)會(huì)會(huì)長(zhǎng)曾提供了一組有關(guān)專家的推測(cè)數(shù)據(jù)：全國(guó)所有預(yù)分解窯水泥熟料生產(chǎn)線，如果均采用SNCR脫硝技術(shù)，脫氮率達(dá)60％時(shí)，用氨量在100萬(wàn)t左右。而合成100萬(wàn)t合成氨將會(huì)消耗155萬(wàn)t標(biāo)煤，還將產(chǎn)生50萬(wàn)t廢渣，387萬(wàn)t二氧化碳，105.4萬(wàn)t碳粉塵，11.6萬(wàn)t二氧化硫和5.8萬(wàn)t氮氧化物。

SNCR脫硝的不足在于大量使用氨水，實(shí)際上這是一種轉(zhuǎn)嫁環(huán)境污染行為。合成氨本身就是高污染產(chǎn)業(yè)，山東ZC一種新型飽和蒸汽低氨燃燒脫硝技術(shù)適合水泥企業(yè)大力推廣。

來(lái)源：《青州中聯(lián)水泥有限公司、山東卓昶節(jié)能科技有限公司》

作者：呂鵬、李保明、李宗發(fā)、郭承凱

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