水泥企业SNCR脱硝技术的运用及成本分析-北极星大气网

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摘要：氮氧化物是大气污染的主要因子之一,也是产生PM2.5的诱因之一。NOX主要来源于分解炉内燃料型NOx和回转窑内NOx。通过研究南京市某水泥企业SNCR工程实际运用情况,了解该企业脱硝效果,同时根据NOx排污费征收政策,分析NOx排放浓度与生产成本的关系,为政府控制水泥企业NOx排放工作提出建议。

1引言

氮氧化物(NOx)作为大气污染物的重要因子之一，不仅是光化学烟雾的重要诱因，也是形成酸雨的主要物质。根据我国2013年至2016年环境统计公报的数据显示，近年来全国废气中氮氧化物排放量约2000万吨，工业氮氧化物排放量约占排放总量的70%。其中水泥行业氮氧化物排放总量仅次于火电行业位居第二位。水泥行业脱硝治理的好坏决定了氮氧化物排放总量是否能够得到有效控制。本文通过对南京某水泥企业SNCR脱硝技术实际运用的分析，了解企业脱硝工作运行成本，为脱硝工作提出建议。

2脱硝技术种类

水泥脱硝技术主要分为两大类：一是燃烧过程中的脱硝技术;另一个是燃烧后烟气脱硝技术。燃烧过程中的脱硝技术主要包括低氮燃烧、分级燃烧。燃烧后脱硝技术主要包括选择性非催化还原技术(SNCR)、选择性催化还原技术(SCR)。

2.1分级燃烧技术

分级燃烧包括空气分级燃烧和燃料分级燃烧。空气分级燃烧是指将燃烧需要的空气分两次送人，第一次通人空气使得燃料在缺氧的情况下燃烧，第二次送人的空气使得燃料在空气过剩区域燃尽。空气分级燃烧过程需要注意的是燃烧器的炉膛内氧含量不能过低，氧含量低于3%时会造成CO和飞灰的急剧增加。燃料分级燃烧是指将燃料煤分成两部分送入燃烧器经过三段燃烧区发生反应。根据胡芝娟的研究。发现将燃料在分解炉不同部位送入以及三次风、生料多点多层的送人使得脱硝效率得到更好的提高。

2.2选择性非催化还原技术(SNCR)

选择性非催化还原技术(SNCR)是指在不需要催化剂的情况下，向分解炉内喷入还原剂，使得炉内NO还原成N的技术。经调查，我国在燃烧后烟气脱硝技术中均使用的SNCR，还原剂为尿素或氨水，其中大部分使用氨水。其主要的反应公式为：

4NH3+4NO+02N2+6H2O(1)

2NH3+NO+NO2N2+3H2O(2)

4NH3+6NO--~5N2+6H20(3)

8NH3+6NO2_7N2+12H20(4)

当温度到达1200℃以上时，NH。的催化作用减弱，此时NH，会被氧化生成NO，其反应公式为：

4NH3+502—4NO+6H20(5)

研究表明，SNCR技术的脱硝效率跟分解炉炉型、分解炉温度、氧含量、NH/NO(即NSR)摩尔比、喷射方式等有关。

2.3选择性催化还原技术(SCR)

选择性催化还原技术(SCR)国内尚未有水泥厂使用，欧洲已有企业使用该项技术。其原理是将水泥窑炉烟气在一定温度下加入还原剂，通过催化剂催化反应，进一步降低NOx浓度。SCR技术的理论脱硝效率可达到80%，使用的还原剂主要有氨水、尿素。

3某水泥企业SNCR技术运用

分解炉内煤粉处于低氧环境无焰燃烧，同时还伴随着生料的分解过程。炉内温度在850℃至950℃之间，在此燃烧氛围下NO的产生主要为燃料型NOx，占80%以上，其中反应包括挥发分中的N氧化成NO和煤焦中的N氧化成NOx。该水泥企业生产线脱硝工程于2013年12月底改造完成，采用的是SNCR脱硝技术，在分解炉中设置喷枪，将氨水喷人炉内降低NOx的生成。

3.1煤粉和生料的分析

通过表1～3对煤粉工业分析，发现其使用的是烟煤，挥发分含量较高。查阅该企业生产记录，在连续三天正常生产情况下，煤粉使用量在30t/h左右，其中分解炉中用煤量占总用煤量65%以上。由于回转窑温度高达1800℃左右，基本无燃料型NOx生成。而燃料型NOx是水泥熟料生产过程中NOx排放的主要来源。因此，分解炉内燃料型NOx是NOx排放的主要来源。

3.2不同温度对NO生成的影响

分解炉中温度一般低于1000℃，在850℃至950℃之间。本实验研究基于模拟分解炉中悬浮与喷腾状态实验架台搭建，选取该水泥企业生产过程中煤粉作为原料，在高浓度CO：氛围下，三种不同温度对NO生成的影响。具体实验条件如下：(1)CO2体积分数为20%，流量为0.025L/s;(2)O：体积分数为10%，流量为0.025L/s;(3)N体积分数为7O%，流量0.175L/S;(4)煤粉为所研究水泥企业烟煤。温度是影响NO生成的一个重要因素。图1是该水泥企业烟煤在其他条件恒定，不同温度情况下NO析出特性曲线。通过该图可以看出，随着温度的升高，NO的排放量逐渐增大。随着温度的升高，煤粉中挥发分析出，挥发分中的N在燃烧过程中氧化成NOx，随后煤焦开始燃烧，煤焦中的N氧化成NO。NO的生成速率随着温度的升高而加快。

3.3SNCR脱硝技术实际运用

SNCR系统主要包括卸载模块、氨水输送模块、计量分配模块、喷射模块和PLC控制系统等部分组成。该水泥企业生产过程中使用的氨水全部外购，外购质量浓度为20%。氨水通过槽罐车经卸载模块进入氨水储存罐，氨水输送模块将氨水输送到计量分配模块，氨水经计量后进人喷射模块，喷人在分解炉内。整个系统运行通过PLC控制系统控制。

通过南京市污染源自动监控系统发现(图2、3)，2015年9月和2016年4月该水泥企业窑尾废气日均NOx浓度在4OOmg/m以下。经过SNCR脱硝工程改造后，能满足《水泥工业大气污染物排放标准》的要求。

延伸阅读：

水泥炉窑SCR脱硝调试存在的问题分析及解决方案探索

原标题：水泥企业SNCR脱硝技术的运用及成本分析

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