引言

綠色發(fā)展理念下，人們環(huán)保意識(shí)日漸增強(qiáng)，國(guó)家相關(guān)部門也對(duì)工業(yè)生產(chǎn)排放問(wèn)題提出更高的要求，國(guó)內(nèi)很多省份相繼出臺(tái)水泥行業(yè)超低排放標(biāo)準(zhǔn)，要求水泥窯尾氣氮氧化物排放量不得超過(guò)100mg/m3，而A級(jí)企業(yè)則不高于50mg/m3，在相關(guān)要求下，很多水泥廠開始其項(xiàng)目的優(yōu)化改造。陜西北元集團(tuán)水泥廠具備2×3000t/d生產(chǎn)線，屬于公司PVC生產(chǎn)配套項(xiàng)目，應(yīng)用100%電石渣生產(chǎn)水泥的工藝，為了實(shí)現(xiàn)超低排放的標(biāo)準(zhǔn)，2020年，公司開展脫硝分體計(jì)量技術(shù)的改造優(yōu)化，本研究在對(duì)水泥廠常用脫硝技術(shù)進(jìn)行介紹的基礎(chǔ)上，對(duì)本公司脫硝分體計(jì)量技術(shù)的具體改造過(guò)程及應(yīng)用效果展開詳細(xì)分析。

1.1 選擇性非催化還原技術(shù)(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(shù)(SNCR)，主要在870~1200℃的溫度區(qū)間內(nèi)含氮藥劑噴進(jìn)具有氮氧化物的燃燒產(chǎn)物之中，進(jìn)而產(chǎn)生還原反應(yīng)，對(duì)氮氧化物進(jìn)行脫除，產(chǎn)生水與氮?dú)猓摲磻?yīng)的化學(xué)反應(yīng)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(shù)是現(xiàn)階段大部分水泥廠采用的重點(diǎn)脫硝技術(shù)，技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯，一次性資金投入較低，空間的占用較小，但是受綠色環(huán)保理念影響，國(guó)內(nèi)多個(gè)省份出臺(tái)“超低排放”相關(guān)要求，陜西省則是在2016年便全面啟動(dòng)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(biāo)準(zhǔn)，另外，該項(xiàng)技術(shù)在氨水的消耗上比較巨大，增加水泥廠的運(yùn)行成本，且如果使用不當(dāng)還是引發(fā)煙氣按出現(xiàn)逃逸，給環(huán)境帶來(lái)污染。在這樣的背景下，對(duì)該項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化改造非常迫切。

1.2 SNCR脫硝效果關(guān)鍵影響因素

(1)溫度范圍

氮氧化物發(fā)生還原反應(yīng)的最佳溫度需要保持在一定范圍之內(nèi)，為850~950℃。脫硝反應(yīng)中的還原劑氨水對(duì)于溫度比較敏感，因此，氨水噴槍噴嘴位置的選擇對(duì)于脫硝的效果與效果具有關(guān)鍵性影響。通常而言，水泥廠會(huì)應(yīng)用溫度流場(chǎng)模擬、水泥窯系統(tǒng)溫度測(cè)試等對(duì)于各區(qū)域溫度的分布開展模擬分析，進(jìn)行根據(jù)溫度進(jìn)行噴槍噴嘴位置的確定。

(2)合適溫度區(qū)間的停留時(shí)間

停留時(shí)間是指反應(yīng)物于反應(yīng)器中停留的時(shí)間合計(jì)，在這個(gè)時(shí)間內(nèi)，氨水等還原劑和煙氣混合、水蒸發(fā)、還原劑分解、氮氧化物還原等有關(guān)的步驟都需要完成。停留時(shí)間的長(zhǎng)短與鍋爐氣路尺寸、煙氣的速度等有關(guān)，在SNCR脫硝系統(tǒng)之中，停留的時(shí)間通常為0.001~10s。

(3)反應(yīng)劑與煙氣混合度

還原反應(yīng)的發(fā)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(jīng)過(guò)鍋爐方式、還原劑氨水的擴(kuò)散度等影響。還原劑氨水的擴(kuò)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(xiàn)已發(fā)展相對(duì)成熟，被廣泛應(yīng)用于水泥行業(yè)，而有效的霧化控制、更為精確的氮氧化物測(cè)量技術(shù)都可以對(duì)脫硝劑的噴入量、還原劑與煙氣的混合度進(jìn)行更高效控制，進(jìn)而提升脫硝效果，獲得更加穩(wěn)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(chǔ)上，又在末級(jí)旋風(fēng)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(yè)，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(xiàng)目，將分解爐的6根與C3出口的3根氨水噴槍進(jìn)行拆除，同時(shí)在C；出口撒料臺(tái)下部1.2m 的位置處，依照順時(shí)針的方式分別和撒料臺(tái)的中心線呈現(xiàn)45°、135°、225°及315°的位置處增加4根氨水噴槍，具體改造前后見(jiàn)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(duì)于脫硝的效果與效率具有關(guān)鍵作用，其安裝位置的選擇主要根據(jù)以下三點(diǎn)因素，包括還原劑氨水和氮氧化物發(fā)生反應(yīng)的最優(yōu)溫度區(qū)間、相對(duì)充足的反應(yīng)時(shí)間及反應(yīng)的環(huán)境(即煙氣含塵量的高低)。水泥廠針對(duì)氨水噴槍位置的改造是經(jīng)過(guò)企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)相關(guān)技術(shù)工作者的反復(fù)試驗(yàn)論證及相關(guān)專業(yè)人士的指導(dǎo)進(jìn)行，將噴槍安裝于溫度為850~950℃，末級(jí)旋風(fēng)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(yīng)發(fā)生的最佳溫度區(qū)間，煙氣的含塵量也相對(duì)較低，同時(shí)下料管和末級(jí)旋風(fēng)筒錐部之間的距離相對(duì)較大、風(fēng)速相對(duì)較小，這就擴(kuò)大了氨水的反應(yīng)區(qū)域，有效增加反應(yīng)時(shí)間，最終提升脫硝效率與效果。

2.2 分體計(jì)量技術(shù)的應(yīng)用

水泥廠還針對(duì)各個(gè)噴槍的氨水管線進(jìn)行過(guò)濾器、調(diào)節(jié)閥、流量計(jì)、壓力表等系列裝置的安裝，在空氣壓縮管線上進(jìn)行過(guò)濾器、壓力表、調(diào)節(jié)閥等安裝，有效實(shí)現(xiàn)分體計(jì)量，并把各噴槍分體計(jì)量的裝置系統(tǒng)置于一處，方便進(jìn)行對(duì)比與調(diào)整，同時(shí)，為了更好地保護(hù)計(jì)量系統(tǒng)，尤其是防止因冬季溫度過(guò)低而導(dǎo)致系統(tǒng)損壞，水泥廠應(yīng)用彩鋼制作成小房子對(duì)其進(jìn)行防風(fēng)與保溫保護(hù)。分體計(jì)量技術(shù)的應(yīng)用，保障各個(gè)噴槍所噴出的氨水流量、壓力等參數(shù)相同，優(yōu)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(duì)脫硝分體計(jì)量技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化改造后于2021年將其應(yīng)用于生產(chǎn)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(jiàn)表1。

由表1可知，陜西北元集團(tuán)水泥廠2020年兩條生產(chǎn)線的熟料總產(chǎn)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(jīng)過(guò)脫硝分體計(jì)量技術(shù)改造后，2021年，水泥廠熟料生產(chǎn)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(xiàng)目具有一定的改造效果，具有一定的推廣性。

作者：謝強(qiáng)，崔軍軍，徐林軍

所屬：陜西北元集團(tuán)水泥有限公司

來(lái)源：《中國(guó)水泥》

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