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(guò)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(mǎn)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(guó)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(guó)水泥行業(yè)排放的NOX約220萬(wàn)噸，占我國(guó)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(chē)尾氣排放，位居第三。NOX的排放問(wèn)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(chǎng)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(kāi)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(xiě)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l(fā)生以下反應(yīng)過(guò)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(xiàn)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(xiàn)可以看出，當(dāng)脫硝效率超過(guò)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(xiàn)
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(mǎn)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(mǎn)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(guò)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(guò)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(guò)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)。