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专家浅议水泥生产的脱硝问题

北极星环保网来源:水泥工程技术 贾华平2017/7/11 13:51:40我要投稿
所属行业: 大气治理  关键词:SNCR脱硝 水泥窑脱硝 SCR技术

北极星环保网讯:工程技术分会贾华平副会长应约浅谈水泥生产的脱硝问题,以下为正文:

水泥窑脱硝

目前,SNCR脱硝措施已经在水泥行业得到强制推广,但大家用的怎么样,笔者没有做调查,也就没有发言权。这里只讲一个真实的故事,说明并不是都用得很好:有一次我在山东开会期间拜访了一家水泥厂,到中控室一看,他们在线监测的NOx排放量只有280mg/m3,氨水使用量只有150kg/h。我问“检测系统有问题吗?”回答是没有问题,我说“你把氨水停了我看看”,操作员把氨水停了,NOx排放量反而降到了138mg/m3?!我问“怎么解释”?大家默然。当然,这只是个别现象。

抛开使用情况不说,就单从脱硝能力和投资上来讲,似乎SNCR脱硝是一种比较适中的选择。但遗憾的是SNCR脱硝,不仅能力有限而且副作用较大,作为水泥窑脱硝来讲,仍然是一种不成熟的过度方案而已。事实上,SNCR脱硝要发挥出最佳的效果,在技术有两个难点,一是如何保证喷嘴始终处于温度窗口内,二是如何保证所有NOx与NH3有一定时间的充分接触。要解决好这两个难题,实际上是几乎不可能的。

SNCR脱硝时,氨水消耗量巨大,一条5000t/d熟料线,每小时就需要用25%的氨水约2.8吨。因为有2800kg/h的氨水入炉,分解炉在用煤、用风上也要做必要的调整,熟料热耗也将直接增加约25kcal/kg熟料,预热器废气量同时也需增加约6000m3/h,排风机电耗也会增加约20kW/h。

SNCR脱硝的不足在于大量使用氨水,搞不好会出现转嫁环境污染的行为。合成氨本身就是高污染产业,这种拆东墙补西墙的做法不一定明智;采用SNCR脱硝,氨逃逸在所难免,根据国家脱硫、脱硝工程技术研究中心的数据显示,SNCR脱硝氨逃逸率可达到10~15ppm。在解决水泥窑一种污染的同时,又造成了水泥窑的另一种污染。

SNCR只能作为一项过度措施,暂时满足现阶段的环保要求。随着环保要求的提高,单独依靠SNCR并不能稳定、可靠地实现减排目标,最终将采用燃烧工艺优化、分级燃烧等技术初步降低NOx浓度,再采用SCR技术进一步脱硝,才是切实可行的方案。

第一章NOX的生成、分布、治理

窑炉内产生的NOX主要有三种形式,高温下N2与O2反应生成的热力型NOX、燃料中的固定氮生成的燃料型NOX、低温火焰下由于含碳自由基的存在生成的瞬时型NOX。

1,热力型NOX的生成机理

热力型NOX是由燃烧反应的高温,使得空气中的N2与O2直接反应产生的。在以煤为主要燃料的系统中,热力型NOX不是最主要的。一般燃烧过程中N2的含量变化不大,根据泽里多维奇机理,影响热力型NOX生成量的主要因素有温度、氧含量、和反应时间。

热力型NOX产生过程是强吸热反应,温度成为热力型NOX生成最主要的影响因素。研究显示,温度在1500K以下时,NO生成速度很小,几乎不生成热力型NO;1800K以下时,NO生成量极少;大于1800K时,NO生成将以约6~7倍/100K倍的速度增加。

一般废气中NO2占NOX的5%~10%。温度在1500K以上时,NO2会快速分解为NO;在小于1500K时,NO将转变为NO2。排入大气中NO最终生成NO2,所以在计算环境影响量时,我们还是以NO2来计算。

可以说,窑炉内的温度及燃烧火焰的最高温度是影响热力型NOX生成量的一个重要指标,也最终决定了热力型NOX的最大生成量。因此,在窑炉设计中,尽量降低窑炉内的温度,并减少可能产生的高温区域,特别是流场变化等原因而产生的局部高温区。燃烧器设计中,要具备相对均匀的燃烧区域,以保证燃料的燃烧,为降低火焰的温度峰值创造条件。这些都是有效降低热力型NOX的有效办法。

热力型NOX生成量与氧浓度的平方根成正比,氧含量也是影响热力型NOX生成量的重要指标。随O2浓度增加和空气预热温度的增加,NOX生成量上升,但会有一个最大值,O2浓度过高时,过量氧对火焰有冷却作用。当利用空气燃烧时,O2含量增加意味着过剩空气系数增大,将带入更多吸热的N2,由此降低了火焰温度,NOX生成量因温度降低反而会有所降低。

反应时间也是一个重要指标,热力型NOX生成是个缓慢过程,在高温区域,反应时间与NOX生成量呈线性关系。窑炉设计中,尽可能地减少燃料和介质在高温区域的停留时间,特别是在高氧含量高温区域的停留时间,可有效降低热力型NOX的生成。在窑炉已成型时,在高温区域形成局部低氧或缺氧环境,在低温区域增氧,在保证燃烧充分条件下,也可有效降低热力型NOX的生成。

延伸阅读:

水泥炉窑SNCR及SCR烟气脱硝技术比较

水泥企业脱硝减排SNCR工艺注意问题

水泥脱硝之水泥窑几种典型脱硝技术的比较与分析

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