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淺談水泥窯爐SNCR煙氣脫硝

2014-12-11 08:10王瑩
中國(guó)科技縱橫 2014年20期
關(guān)鍵詞:爐窯噴射器還原劑

王瑩

(北京洛卡環(huán)保技術(shù)有限公司,北京 100012)

淺談水泥窯爐SNCR煙氣脫硝

王瑩

(北京洛卡環(huán)保技術(shù)有限公司,北京 100012)

我國(guó)是水泥生產(chǎn)大國(guó),伴隨國(guó)家對(duì)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的控制,水泥爐窯煙氣脫硝也勢(shì)在必行。本文介紹了水泥爐窯SNCR煙氣脫硝技術(shù)。

SNCR 脫硝 水泥爐窯

1 概述

我國(guó)是一個(gè)水泥生產(chǎn)大國(guó)。水泥總產(chǎn)量連續(xù)多年居世界第一位,約占世界總產(chǎn)量的一半。工藝技術(shù)和施工安裝達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平?!笆濉逼陂g,我國(guó)成為日產(chǎn)8000噸、10000噸生產(chǎn)線最多,并能夠成套出口的水泥技術(shù)裝備的強(qiáng)國(guó)。隨著國(guó)家對(duì)煙氣NOx排放控制政策要求的不斷提高,所有水泥廠全部配套脫硝系統(tǒng),同時(shí)對(duì)NOx的排放要求在200mg/Nm3以下。SNCR工藝被認(rèn)為是目前可以用于水泥爐窯煙氣脫除NOx的最好技術(shù)。水泥爐窯煙氣脫硝的特點(diǎn)及應(yīng)對(duì)措施如下。

(1)生產(chǎn)特點(diǎn):尾氣溫度低;應(yīng)對(duì)措施:使用氨水作為還原劑,脫硝效果更佳;(2)生產(chǎn)特點(diǎn):噴射點(diǎn)的噴射深度淺;應(yīng)對(duì)措施:采用微粒徑、小剛性、高密度、大擴(kuò)展角等性能的噴射器;(3)生產(chǎn)特點(diǎn):運(yùn)行工況穩(wěn)定,參數(shù)變小;應(yīng)對(duì)措施:可取消稀釋水系統(tǒng),降低除鹽水的消耗,減少煙氣溫降;(4)生產(chǎn)特點(diǎn):煙塵含塵濃度高;應(yīng)對(duì)措施:對(duì)噴射器結(jié)構(gòu)、材質(zhì)及安裝需要特別的設(shè)計(jì);(5)生產(chǎn)特點(diǎn):生產(chǎn)環(huán)境空氣粉塵量較大;應(yīng)對(duì)措施:采用電氣間的形式,將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、儀表、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等進(jìn)行相對(duì)密閉;(6)生產(chǎn)特點(diǎn):生產(chǎn)環(huán)境空氣粉塵量較大;應(yīng)對(duì)措施:采用電氣間的形式,將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、儀表。

2 SNCR脫硝機(jī)理

所謂SNCR脫硝技術(shù),就是在不使用催化劑的條件下,在煙道適宜處噴入氨或尿素等氨基還原劑,還原劑在其中迅速分解,與NOx反應(yīng)生成N2和H2O,而基本不于其中的氧發(fā)生反應(yīng)的技術(shù)。SNCR主要反應(yīng)方程式為:

(1)氨為還原劑:NH3+NOx→N2+H2O;(2)尿素為還原劑:CO(NH2)2→2NH2+CO,NH2+NOx→N2+H2O,CO+NOx→N2+CO2;(3)當(dāng)溫度過(guò)高時(shí),超過(guò)反應(yīng)溫度窗口時(shí),氨就會(huì)被氧化成NOx:NH3+O2→NOx+H2O。

3 以氨水為還原劑的水泥爐窯SNCR脫硝工藝流程

噴射氨水的SNCR脫硝系統(tǒng)由氨水卸載系統(tǒng)、存儲(chǔ)系統(tǒng)、計(jì)量系統(tǒng)、分配系統(tǒng)及氨水泵等構(gòu)成。將水溶氨儲(chǔ)存在儲(chǔ)罐中畢工保持常溫常壓,用泵將其從儲(chǔ)罐送到噴嘴處噴入分離器內(nèi)即可使用,在噴嘴處用壓縮空氣來(lái)霧化水溶氨,用控制閥組來(lái)調(diào)節(jié)噴嘴的流量,當(dāng)不需要噴水溶氨時(shí)用空氣對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行吹掃,氨水溶液運(yùn)輸和處理方便,不需要額外的加熱設(shè)備或蒸發(fā)設(shè)備,由于水泥爐窯脫硝系統(tǒng)需要的氨的容量較大,但氨水濃度較小,所以導(dǎo)致氨水的運(yùn)輸成本及儲(chǔ)罐系統(tǒng)容量較大。

以氨水為還原劑的SNCR系統(tǒng)脫硝過(guò)程由四個(gè)基本過(guò)程完成:

(1)氨水的接收和儲(chǔ)存還原劑;(2)還原劑的泵輸送、計(jì)量;(3)在水泥爐窯合適位置注入稀釋后的還原劑;(4)還原劑與煙氣混合進(jìn)行脫硝反應(yīng)。

以氨水為還原劑的SNCR工藝原理如圖1所示。

圖1 以氨水為還原劑的SNCR脫硝工藝流程圖

4 水泥爐窯SNCR脫硝設(shè)備的主要功能

(1)氨水卸載、儲(chǔ)存、輸送。脫硝裝置設(shè)置了卸氨泵(一用一備)、氨水輸送泵(一用一備)及采用不銹鋼制作的氨水儲(chǔ)存罐體。儲(chǔ)存罐為臥式結(jié)構(gòu),罐體裝有安全閥、壓力監(jiān)測(cè)、氮?dú)鈮毫ρa(bǔ)償、液位計(jì)、溫度顯示儀,配有水封裝置,并設(shè)有人孔、梯子、遮陽(yáng)棚。(2)氨水計(jì)量、分配。氨水的計(jì)量和分配是脫硝系統(tǒng)的核心設(shè)備,計(jì)量裝置的功能是測(cè)量還原劑流量、壓力、溫度等參數(shù),并按照控制系統(tǒng)的要求向水泥爐窯提供足量的還原劑流量和壓力。分配裝置的功能是把經(jīng)過(guò)計(jì)量的足量的還原劑按照要求輸送到每一個(gè)噴射器以達(dá)到脫硝的目的。計(jì)量及分配裝置的設(shè)備型號(hào)根據(jù)噴射系統(tǒng)的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)選型。(如圖1)(3)還原劑噴射系統(tǒng)。還原劑噴射系統(tǒng)組件由316不銹鋼材料制造,每一組噴射器都具有還原劑和空氣的接入口,以達(dá)到NOx減排所需的流量和壓力。噴射器的數(shù)量和安裝位置需要根據(jù)水泥窯爐及特性、容量以及Nox初始濃度、脫硝效率等參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)選型。根據(jù)水泥窯爐內(nèi)煙氣介質(zhì)的不同,對(duì)于某些水泥窯爐需要配備伸縮裝置,在噴射器不工作時(shí),伸縮裝置自動(dòng)將噴射器縮回,避免磨損。(4)自動(dòng)運(yùn)行,無(wú)人值守。脫硝裝置采用獨(dú)立的控制系統(tǒng)(PLC)和電氣系統(tǒng)。在電氣間內(nèi)設(shè)置電氣柜和控制柜,柜體面板上設(shè)有人機(jī)界面(MMI),它可以提供給客戶一套完整的控制系統(tǒng)。通過(guò)設(shè)定,可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)行,無(wú)人值守。(5)遠(yuǎn)程監(jiān)控運(yùn)行狀態(tài)。脫硝裝置的獨(dú)立控制系統(tǒng)中,留有通訊接口,可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與上層控制系統(tǒng)(水泥爐窯的集中控制系統(tǒng))進(jìn)行通訊聯(lián)絡(luò),可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。(6)氨泄漏自動(dòng)報(bào)警。脫硝裝置設(shè)置有氨泄漏自動(dòng)報(bào)警,在現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生輕微氨水泄露時(shí),通過(guò)自動(dòng)檢測(cè)裝置實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)警,以提醒運(yùn)行人員及早檢查處置,避免氨泄漏事故的擴(kuò)大。(7)氨泄漏自動(dòng)噴淋。脫硝裝置設(shè)置有自動(dòng)噴淋裝置,當(dāng)發(fā)生氨水泄露事故時(shí),該裝置可以從遮陽(yáng)棚上面進(jìn)行自動(dòng)噴淋,覆蓋整個(gè)氨水罐體,有效減小氨水揮發(fā)帶來(lái)的對(duì)周邊環(huán)境的污染和危害。(8)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)視。脫硝裝置可設(shè)置遠(yuǎn)程視頻監(jiān)視系統(tǒng)。(9)全封閉室內(nèi)布置。脫硝裝置采用全封閉室內(nèi)(柜內(nèi))布置,充分考慮生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的粉塵污染和低溫環(huán)境,使設(shè)備及其操作處于相對(duì)安全的環(huán)境。(10)防爆級(jí)設(shè)計(jì)。脫硝裝置內(nèi)置設(shè)備部件選用防爆級(jí)設(shè)計(jì),使整體設(shè)備的運(yùn)行更加安全、可靠。

5 結(jié)語(yǔ)

(1)水泥爐窯SNCR脫硝系統(tǒng)運(yùn)行后,脫硝效率50~80%,氨逃逸率小于8ppm滿足最新環(huán)保排放要求,確保水泥品質(zhì);(2)集中控制系統(tǒng),簡(jiǎn)化操作,可實(shí)現(xiàn)無(wú)人值班和遠(yuǎn)程監(jiān)控;(3)建議在脫硝改造前的項(xiàng)目可行性研究中,應(yīng)對(duì)電廠的工業(yè)水源、電源、除鹽水量及其輸送能力的備用情況進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)查,從而找到適合本廠的最優(yōu)SNCR脫硝方案。

[1]鐘秦.燃煤煙氣脫硫脫硝技術(shù)及工程實(shí)例.化學(xué)工業(yè)出版社,2002.

[2]秦嶺.水泥分解爐內(nèi)SNCR脫硝過(guò)程的模擬與優(yōu)化[D].武漢理工大學(xué),2011年.

[3]陳學(xué)功.SNCR煙氣脫硝技術(shù)在水泥行業(yè)的應(yīng)用.中國(guó)水泥,2012年.

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