2016-06-14 23:45:20 來源:水泥人網(wǎng)

淺談水泥企業(yè)脫硝減排SNCR工藝

摘要:本文主要介紹SNCR比較經(jīng)濟(jì)的脫硝效率是在55%以下,如控制SNCR脫硝效率達(dá)到60%甚至更高的脫硝效率,SNCR運(yùn)行投入成本會(huì)大幅度增加,因此水泥企業(yè)煙氣脫硝片面追求SNCR脫硝效率只會(huì)大幅增加脫硝成本和二次污染,選擇基本措施(采用優(yōu)化窯和分解爐的燃燒制度、空氣分級(jí)燃燒、燃料分級(jí)燃燒和低氮燃燒器等方法降低煤粉燃燒過程中氮氧化物的生成量)+選擇性非催化還原技術(shù)才能保證在NOX的排放濃度減少最經(jīng)濟(jì)。源頭消減才能更經(jīng)濟(jì)更好滿足《水泥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB4915-2013)規(guī)定的大氣污染物特別排放限值要求。

關(guān)鍵詞:水泥企業(yè),SNCR,NOX

1.引言

氮氧化物排放量被國家列入“十二五”規(guī)劃的控制性目標(biāo),要求 2015 年氮氧化物排放總量比 2010 年下降10% ,2011年我國水泥行業(yè)排放的NOX約220萬噸,占我國工業(yè)NOX排放總量的10%左右,對(duì)NOX排放貢獻(xiàn)僅次于火電和機(jī)動(dòng)車尾氣排放,位居第三。NOX的排放問題已成為水泥工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的制約因素。根據(jù)2010年對(duì)150多家水泥企業(yè)的調(diào)研,水泥廠的大氣污染物基本上得到了控制,但是NOX已成為主要廢氣污染源。

工業(yè)和信息化部發(fā)布的《水泥行業(yè)準(zhǔn)入條件》(工原[2010]第127號(hào)文件)水泥行業(yè)準(zhǔn)入條件中第二十條:嚴(yán)格執(zhí)行《水泥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》和《水泥工業(yè)除塵工程技術(shù)規(guī)范》以及可替代原料、燃料處理的污染控制標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)水泥行業(yè)大氣污染物實(shí)行總量控制,水泥顆粒物排放在2009年基礎(chǔ)上降低50%,NOX在2009年基礎(chǔ)上降低25%;新建或改擴(kuò)建水泥(熟料)生產(chǎn)線項(xiàng)目須配置脫除NOX效率不低于60%的煙氣脫硝裝置。新建水泥項(xiàng)目要安裝在線排放監(jiān)控裝置,并采用高效污染治理設(shè)備。

現(xiàn)有生產(chǎn)線2015年7月1日起執(zhí)行《水泥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB4915-2013)規(guī)定的大氣污染物排放限值,NOX的排放濃度控制在400mg/m3,大氣污染物特別排放限值,NOX的排放濃度控制在320mg/m3,因此水泥企業(yè)開展脫硝等大氣污染物減排工作勢(shì)在必行并顯得尤為迫切。

2. SNCR 降低NOx原理

選擇性非催化還原(Selective Non-Catalytic Reduction,以下簡(jiǎn)寫為SNCR)技術(shù)是一種成熟的NOX控制處理技術(shù)。SNCR方法主要在850~1050℃下,將含氮的化學(xué)劑噴入煙氣中,將NO還原,生成氮?dú)夂退T谒喔G氮氧化物減排實(shí)施中,主要在分解爐合適位置噴入適量的還原劑(氨水或是尿素溶液),噴入的還原劑在煙氣自身熱力運(yùn)動(dòng)和噴槍的合理分散作用下,同氮氧化物完成充分混合,在適合的溫度和氣氛下,反應(yīng)生成氮?dú)夂退?,發(fā)生以下反應(yīng)過程如下:

4NH3 + 4NO + O2 →4N2 + 6H2O (1)

溫度進(jìn)一步升高,則可能發(fā)生以下的反應(yīng):

4NH3 + 5O2 →4NO + 6H2O (2)

當(dāng)溫度低于800℃時(shí),NH3與NO的反應(yīng)速度很慢;當(dāng)溫度高于1050℃時(shí)反應(yīng)式(2)會(huì)逐漸起主導(dǎo)作用,當(dāng)溫度高于1300℃時(shí)NH3轉(zhuǎn)變?yōu)镹O的趨勢(shì)會(huì)變得明顯。該工藝脫硝效果穩(wěn)定且效率高,投資少,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,便于維護(hù),脫硝效果高于分級(jí)燃燒及選擇性非催化還原技術(shù)單項(xiàng)實(shí)用的的效果。

SNCR氨水工藝流程圖

3. SNCR現(xiàn)狀

大連某水泥2012年11月建設(shè)一、二線脫硝改造項(xiàng)目,該項(xiàng)目主要包括氨水儲(chǔ)存罐4個(gè);氨水調(diào)配、輸送系統(tǒng)2套;霧化噴槍2套;霧化控制系統(tǒng)2套;電氣控制柜系統(tǒng)2套;控制模塊、接DCS系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備2套,采用選擇性非催化還原技術(shù)( SNCR )。該項(xiàng)目于當(dāng)年年底建成投用。

對(duì)采用SNCR技術(shù)可達(dá)到的NOx排放量總結(jié)如下:

即使在NOx初始濃度高的情況下,NOx達(dá)到800mg/m3,NH3/NO摩爾比常小于1,NH3漏失量小。NOx達(dá)到500mg/m3,通常還原劑的注入量要高于化學(xué)計(jì)量值(NH3/NO>1),這樣會(huì)使直接操作時(shí)NH3排放量略微增加。NOx達(dá)到200mg/m3,初始濃度要低,通常NH3/NO摩爾比要高,大于2,大部分情況下會(huì)出現(xiàn)較多的NH3漏失。

根據(jù)還原劑的利用率隨脫硝效率的變化曲線可以看出,當(dāng)脫硝效率超過55%時(shí),還原劑的利用率會(huì)大幅度下降,因此,比較經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行效率為55%以下。

還原劑利用率脫硝效率的變化曲線

SNCR脫硝效率可以達(dá)到60%甚至更高的脫硝效率,但SNCR比較經(jīng)濟(jì)的脫硝效率是在55%以下,如控制50%的脫硝效率,可以將NOX的排放濃度控制在400mg/m3(滿足《水泥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB4915-2013)規(guī)定的大氣污染物排放限值)。因此選擇SNCR脫硝最經(jīng)濟(jì)。

如果控制脫硝效率50%提高到60%,NOX的排放濃度400mg/m3降低到320mg/m3(滿足《水泥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB4915-2013)規(guī)定的大氣污染物特別排放限值),還原劑利用率下降10%。因此片面追求SNCR脫硝效率只會(huì)大幅增加脫硝成本,選擇基本措施+選擇性非催化還原技術(shù)才能保證在NOX的排放濃度減少最經(jīng)濟(jì)。

4.基本措施

基本措施:水泥企業(yè)時(shí)生成一氧化氮的途徑主要有四種,即第一種熱力型NOX,它是燃料在水泥窯頭1400℃以上燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量NOX;第二種瞬發(fā)型NOX,它是有碳?xì)涓嬖跁r(shí),于火焰前端瞬發(fā)形成的NOX,一般這種瞬發(fā)NO生成量的比例很小;第三種燃料型NO,它是由燃料中所含的化學(xué)接合氮所產(chǎn)生的。第四種生料型NOX,它是由窯喂料中含氮的化合物分解后而形成的NOX,例如NH4等。在窯廢氣中NO2一般僅占NO+NO2總量的5%以下,NO則占總量的95%以上。

根據(jù)氮氧化物的生成機(jī)理,主要通過采用優(yōu)化窯和分解爐的燃燒制度、空氣分級(jí)燃燒、燃料分級(jí)燃燒和低氮燃燒器等方法降低煤粉燃燒過程中氮氧化物的生成量。

分級(jí)燃燒在分解窯燒成系統(tǒng)(預(yù)分解爐)階段,將燃燒所需的空氣量分成兩級(jí)送入,使第一級(jí)燃燒區(qū)內(nèi)空氣過剩系數(shù)小于1,燃燒生成的一氧化碳與氮氧化物進(jìn)行還原反應(yīng),以及燃料氮分解成中間產(chǎn)物(如NH、CN、HCN和NHx等)相互作用或與氮氧化物還原分解,抑制燃料氮氧化物的生成。

2CO+ 2NO → 2CO2 + N2

NH+ NH → N2+ H2

NH+ NO → N2 +OH

工藝流程圖簡(jiǎn)介

5.結(jié)論

采用選擇性非催化還原(SNCR)脫硝法降低NOX排放的措施是一個(gè)非常有效的途徑,但SNCR脫硝效率可以達(dá)到60%甚至更高的脫硝效率,但SNCR比較經(jīng)濟(jì)的脫硝效率是在55%以下,因此企業(yè)在煙氣脫硝方面還需重點(diǎn)關(guān)注基本措施,從源頭消減NOX,一是優(yōu)化窯和分解爐的燃燒制度;二是改變配料方案,摻用礦化劑以求降低熟料燒成溫度和時(shí)間,改進(jìn)熟料易燒性;三是采用低NOX的燃燒器;四是在窯尾分解爐和管道中的分級(jí)燃燒技術(shù)。

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