工業(yè)窯爐煙氣脫硝工藝技術(shù)探討

文_張燕 山西省長治生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心

工業(yè)窯爐煙氣脫硝是解決工業(yè)生產(chǎn)和環(huán)境污染矛盾的關(guān)鍵。在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的大環(huán)境下，煙氣脫硝工藝技術(shù)愈發(fā)先進，種類也越來越多，但都各有其獨特的優(yōu)缺點以及應(yīng)用效果，需要結(jié)合工業(yè)窯爐的生產(chǎn)特點，選擇合適的煙氣脫硝工藝以及技術(shù)參數(shù)，才能提升煙氣脫硝效率，緩減空氣污染，因此開展工業(yè)窯爐煙氣脫硝工藝技術(shù)的探討分析顯得尤為必要。

1 工業(yè)窯爐煙氣脫硝中常用的工藝技術(shù)

1.1 SNCR工藝技術(shù)

SNCR工藝技術(shù)是目前工業(yè)窯爐煙氣脫硝中常用的工藝技術(shù)之一，主要機理是將含有NHx基的還原劑通過高壓噴射的方法，噴入到工業(yè)窯爐爐膛溫度在800～1100℃的區(qū)域，此區(qū)域溫度比較高，可將還原劑快速分解成NH3，NH3能夠和工業(yè)窯爐生產(chǎn)運行中形成煙氣中的NOx發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成氮氣和水，從而達(dá)到煙氣脫硝的目的。和其他脫硝工藝相比，SNCR脫硝工藝的特點是效率比較低，只能達(dá)到25%～40%；具有較寬的氨氣陶藝條件，工程造價比較低，占地面積小，多應(yīng)用在老舊工業(yè)窯爐改造中，新建鍋爐如果能夠按照鍋爐生產(chǎn)運行的實際情況進行設(shè)計改造，煙氣脫硝效率會大幅度提升。

1.2 SCR工藝技術(shù)

SCR工藝技術(shù)也煙氣脫硝中比較常用的方法，其主要機理是在固體催化劑的作用下，利用還原性氣體，如氫氣、一氧化碳、烴類、氨氣等和NOx快速反應(yīng)，促使NOx轉(zhuǎn)換成沒有污染的氮氣。和SNCR工藝技術(shù)相比，SCR工藝技術(shù)最顯著的特點是脫硝效率比較高，最高可達(dá)到90%以上，而且現(xiàn)有技術(shù)比較成熟，系統(tǒng)運行過程安全可靠，維護難度小成本低。多應(yīng)用在煙氣脫硝效率比較高的工業(yè)窯爐生產(chǎn)中。

1.3 SNCR和SCR聯(lián)合工藝技術(shù)

此種工藝技術(shù)也是煙氣脫硝中常用的技術(shù)，此項技術(shù)最大的特點是可有效彌補SNCR工藝技術(shù)脫硝效率低和SCR工藝技術(shù)成本高的不足。主要的應(yīng)用機理是通過布設(shè)在鍋爐爐墻上的噴射系統(tǒng)，先將準(zhǔn)備好的還原劑噴入爐膛中，在高溫作用下，還原劑會和煙氣中的NOx發(fā)生非催化還原反應(yīng)，完成第一步脫硝。然后，那些未完全反應(yīng)的還原劑會重新進入到反應(yīng)器中進行進一步脫硝。此種煙氣脫硝技術(shù)最大的特點是煙氣脫硝效率比較高，催化劑的應(yīng)用量小，反應(yīng)塔的體積小，占地面積小，而且有效簡化了還原劑噴射系統(tǒng)，提升了SNCR階段的脫硝效率。多應(yīng)用在綜合實力強大，資金充裕，且對煙氣脫硝要求比較高的工業(yè)窯爐煙氣脫硝中。

2 SNCR在水泥生產(chǎn)窯爐煙氣脫硝應(yīng)用的要點

2.1 案例分析

某水泥生產(chǎn)企業(yè)，在窯爐生產(chǎn)中主要采用的燃燒物質(zhì)為燃煤，煤炭在生產(chǎn)中會形成大量煙氣，煙氣中含有很多NOx。為控制空氣污染，該企業(yè)在2019年決定對生產(chǎn)窯爐進行改造，用SNCR工藝技術(shù)來取代傳統(tǒng)的煙氣脫硝工藝，改造標(biāo)準(zhǔn)為滿足長期生產(chǎn)5000t/d的熟料水泥煙氣脫硝。具體的燃煤煙氣參數(shù)為煙氣量5.8×103Nm3/h，煙氣溫度為900℃，NOx的濃度為900～390mg/Nm3，窯爐煤耗為27.6t/h，

2.2 SNCR工藝流程

在案例水泥生產(chǎn)企業(yè)窯爐改造中，采取了SNCR工藝技術(shù)，具體的設(shè)備為還原劑、窯爐、除塵脫硝裝置、引風(fēng)機、煙囪。其中還原劑采取用了氨水，濃度為20%，通過化工泵輸送到靜態(tài)混合器中，和稀釋水模塊輸送來的軟化水進行定量混合后，再通過計量分配裝置精確到各個噴槍中，噴入到窯爐爐膛中，實現(xiàn)煙氣脫硝處理。

2.3 SNCR脫硝工藝性能參數(shù)選擇

案例工程窯爐SNCR煙氣脫硝工藝的主要性能參數(shù)：①煙氣脫硝入口煙氣參數(shù)為：溫度不低于850℃時，SNCR煙氣脫硝工藝NOx的去除率不能低于65%。②氨氣的逃逸濃度超過8mg/Nm3，所謂氨氣逃逸濃度指的是SNCR煙氣脫硝工藝反應(yīng)區(qū)出現(xiàn)氨氣的濃度。③SNCR煙氣脫硝工藝在運行中為保證脫硝效率，脫硝裝置儀用的空氣量為0Nm3/min，雜用空氣量則為40～80Nm3/min。④在滿足該水泥生產(chǎn)企業(yè)窯爐生產(chǎn)NOx去除率和氨氣逃逸條件下，SNCR煙氣脫硝工藝的還原劑25%氨水的消耗量不宜超過632kg/h。⑤SNCR煙氣脫硝工藝在運行中最低的煙氣溫度為850℃，最高的煙氣溫度為1100℃。⑥控制SNCR煙氣脫硝系統(tǒng)的可用率不低于98%，各種裝置的可用率也不低于98%。

3 提升SNCR煙氣脫硝工藝運行效果的方法

3.1 均勻噴入適量的還原劑

SNCR煙氣脫硝系統(tǒng)由多個模塊共同組成，其中SNCR反應(yīng)模塊是重中之重，指的是未經(jīng)脫硝的煙氣和氨氣充分混合之后，在適當(dāng)?shù)臏囟葏^(qū)域內(nèi)形成化學(xué)反應(yīng)的功能區(qū)域。為提升SNCR煙氣脫硝工藝的利用效果，在提升煙氣脫硝效率的基礎(chǔ)上，控制成本，提升SNCR煙氣脫硝裝置的使用壽命。必須結(jié)合實際情況，在脫硝中均勻噴入還原劑。以保證在適宜的溫度范圍中，促使煙氣中的氮氧化合物能夠和氨氣進行充分反應(yīng)，提升形成氮氣和水的量，從而達(dá)到去除煙氣中氮氧化合物目的，降低對周圍環(huán)境造成的污染。

3.2 切實做好氨水的存儲和供應(yīng)

氨水是SNCR煙氣脫硝工藝運行的主要還原劑，其存儲和供應(yīng)效果，直接關(guān)系到整個SNCR煙氣脫硝工藝運行的質(zhì)量以及氮氧化合物的去除率。在案例企業(yè)生產(chǎn)中用于氨水存儲和供應(yīng)的設(shè)備比較多，包括氨水運輸車、卸氨泵、氨水存儲罐、氨氣緩沖罐、氨水共供應(yīng)系統(tǒng)等。這些設(shè)備的運行質(zhì)量，直接關(guān)系到氨水存儲和供應(yīng)的效果。因此， SNCR煙氣脫硝工藝系統(tǒng)建設(shè)完成之后，要定期對這些設(shè)備進行檢修和維護，發(fā)現(xiàn)問題及時處理，以保證各種設(shè)備始終處于安全穩(wěn)定的運行狀態(tài)。為提升廢水的循環(huán)利用率，需要通過氨水存儲罐來收集罐體中濃度比較低的氨水，以及消防冷卻噴淋廢水。低濃度的氨水重新配置后可達(dá)到再次使用的目的。而那些廢水經(jīng)過簡單的沉淀之后，可利用排污泵重新返回到氨水存儲罐進行搭配使用，從而節(jié)約氨水，實現(xiàn)重新利用，既能保證煙氣脫硝的效率，也可以降低SNCR煙氣脫硝工藝運行成本。

3.3 加強對給料分配模塊的管理力度

給料分配模塊也是組成SNCR煙氣脫硝系統(tǒng)的主要模塊，其主要作用是實現(xiàn)對氨水的合理分配，并對壓縮空氣以及還原劑的流量進行精確控制。在此模塊中，配置了一個用來檢測和控制SNCR煙氣脫硝系統(tǒng)正常運行時所需的氨水量，一個控制流量的閥門，以及一個流量變送器。通過三個裝置的相互配合，可實現(xiàn)SNCR煙氣脫硝系統(tǒng)的自動化運行，自動化控制噴槍的氨水總流量。再輔以手動閥門、氣動控制閥門、玻璃浮子流量計等，就能實現(xiàn)對每根噴槍流量的精確控制，提升煙氣脫硝效果。

3.4 加強對氨水噴槍的控制

氨水噴槍也是組成SNCR煙氣脫硝系統(tǒng)的主要設(shè)備，其控制效果直接關(guān)系到煙氣脫硝質(zhì)量。氨水噴槍的主要作用促使還原劑能夠和煤炭燃燒得煙氣充分混合，并且在發(fā)生故障時，能夠及時進行手動投退。但噴槍噴嘴位置的霧化效果，對煙氣脫硝效率造成的影響比較大。在具體生產(chǎn)控制中可采用機械霧化或者空氣霧化的方法來提升噴槍的霧化效果，同時要保證噴頭的介質(zhì)霧化角度不低于130°，從而最大限度上擴大還原劑噴出時和煙氣的接觸面積，提高反應(yīng)率，從而提升煙氣脫硝效率。

3.5 嚴(yán)格管控分散控制系統(tǒng)

在案例水泥生產(chǎn)企業(yè)SNCR煙氣脫硝工藝改造中，為提升煙氣脫硝的效率，保證排除的煙氣符合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，在進行分散控制系統(tǒng)設(shè)計和選型中，要盡量選用功能分散和物理分散相互結(jié)合的方法，并保證控制水平和水泥生產(chǎn)窯爐運行自動化水平相互一致，能夠合理地納入納入現(xiàn)有水泥生產(chǎn)的控制網(wǎng)絡(luò)中，以保證二者在硬件和軟件上的一致性，避免大幅度改動增加成本。分散控制系統(tǒng)的主要功能是接收來自窯爐和其他附屬控制柜的各種數(shù)據(jù)信號，并對這些數(shù)據(jù)信號進行分析，按照分析結(jié)果及時調(diào)整SNCR煙氣脫硝工藝運行的各種參數(shù)，以保證整個系統(tǒng)始終處于安全、溫度、可靠的運行狀態(tài)。

4 結(jié)語

水泥生產(chǎn)窯爐多以煤炭作為動力，煤炭燃燒形成的煙氣中含有大量氮氧化合物，如不加處理或處理工藝不當(dāng)，排放到空氣中后會對周圍的空氣造成很大污染，破壞生態(tài)環(huán)境，采用SNCR煙氣脫硝工藝技術(shù)，并加強控制管理，可大幅度提分煙氣脫硝效率，可大范圍推廣應(yīng)用。