水泥企业脱硝减排SNCR工艺

2016年08月13日 / 共 1字 / 1条评论 / 阅读 100 views 次

氮氧化物排放量列入国家“十二五”规划的控制目标,要求在2015年氮氧化物排放总量比2010年下降至10%,2011年我国水泥行业排放的NOX约220万吨,占国内工业NOX排放总量的10%左右,对NOX排放贡献仅次于火电和机动车尾气排放,位居第三。NOX的排放问题已是水泥工业可持续发展的制约因素。据2010年对150多家水泥企业的调研,水泥厂的大气污染物基本上得以控制,但是NOX成为主要废气污染来源。水泥新建项目要安装在线排放监控装置,并采取高效污染治理设备。

SNCR降低NOx原理

选择性非催化还原SelectiveNonCatalyticReduction,简写为SNCR技术是已成熟的NOX控制处理技术。SNCR方法主要在850~1050℃下,将含氮的化学剂喷进烟气中,将NO还原,生成氮气和水。水泥窑在氮氧化物减排实施中,主要在分解炉合适位置喷进适量的还原剂(氨水抑或尿素溶液),喷入的还原剂在烟气自身热力运动和喷枪的合理分散作用下,同氮氧化物完全充分混合,在适度的温度和气氛,进行反应产生氮气和水,发生以下反应过程如下:

4NH3+4NO+O2——4N2+6H2O(1)

温度进一步升高,则可能会发生以下的反应:

4NH3+5O2——4NO+6H2O(2)

当温度小于800℃时,NH3与NO的反应速度较慢;当温度超过1050℃时反应式(2)会逐渐达到主导作用,当温度高于1300℃时NH3转变为NO的趋势会变得明显。该工艺脱硝效果稳定并且效率高,投资少,结构简单,便于维护,脱硝效果高于分级燃烧及选择性非催化还原技术单项实用的的效果。

SNCR现状

大连某水泥2012年11月建设一、二线脱硝建改项目,该项目主要包括氨水储存罐四个;氨水调配、输送系统两套;雾化喷枪两套;雾化控制系统两套;电气控制柜系统两套;控制模块、接DCS系统相关设备两套,运用选择性非催化还原技术(SNCR)。该项目于当年年底建成投用。

对采用SNCR技术可达到的NOx排放量总结如下:

即使NOx在初始浓度高的情况下,NOx到800mg/m3,NH3/NO摩尔比常较小于1,NH3漏失量小。NOx到500mg/m3,通常要将还原剂的注入量要高于化学计量值(NH3/NO>1),这样会让直接操作时NH3排放量略微增加。NOx到200mg/m3,初始浓度要低,通常NH3/NO摩尔比要高,大于2,大多情况下会出现较多的NH3漏失。

根据还原剂的利用率随脱硝效率的变化曲线可以看出,当脱硝效率超过55%时,还原剂的利用率会大幅度下降,因此,比较经济的运行效率为55%以下。

还原剂利用率脱硝效率的变化曲线

SNCR脱硝效率可以达到60%甚至为更高的脱硝效率,但SNCR比较经济的脱硝效率是在55%以下,如控制50%的脱硝效率,可以把NOX的排放浓度控制在400mg/m3(达成《水泥工业大气污染物排放标准》(GB4915-2013)规定的大气污染物排放限量)。由此可见选择SNCR脱硝最经济。如果控制脱硝率50%提高到60%,NOX的排放浓度在400mg/m3降低为320mg/m3(达成《水泥工业大气污染物排放标准》(GB4915-2013)规定的大气污染物特别排放限量),还原剂利用率则下降10%。因此只追求SNCR脱硝效率只会大幅增加脱硝成本,选择基本措施+选择性非催化还原技术才能保证在NOX的排放浓度减少最经济。

基本措施

水泥企业生成一氧化氮的途径主要有四种,即是第一种热力型NOX,它是燃料在水泥窑头1400℃之上燃烧时会产生大量NOX;第二种是瞬发型NOX,它是有碳氢根存在的时候,在火焰前端瞬发成形的NOX,一般这种瞬发NO生成量的比例小;第三种是燃料型NO,它是由燃料中所含的化学接合氮所产生的。第四种生料型NOX,它是由窑喂料中含氮的化合物分解后而形成的NOX,例如NH4等。在窑废气中NO2一般只占NO+NO2总量的5%以下,NO占在总量的95%以上。

根据氮氧化物的生成方式,主要采用通过优化窑和分解炉的燃烧制度、空气分级燃烧、燃料分级燃烧和低氮燃烧器等方法降低煤粉燃烧过程中氮氧化物的生成量。

分级燃烧在分解窑烧成系统阶段,将燃烧所需的空气量分两级送入,使一级燃烧区内空气过剩系数小于1,燃烧生成后一氧化碳与氮氧化物进行还原反应,以及燃料氮分解为中间产物(如NH、CN、HCN、NHx等)互相作用或与氮氧化物还原分解,抑制燃料氮氧化物的生成。

2CO+2NO→2CO2+N2

NH+NH→N2+H2

NH+NO→N2+OH

结论

采用选择性非催化还原(SNCR)脱硝法降低NOX排放措施是非常有效的途径,但SNCR脱硝效率可以达到60%甚至更高,但SNCR比较经济的脱硝效率是在55%以下,因此企业在烟气脱硝方面还需重点关注基本措施,从来源中消减NOX,一是由优化窑和分解炉的燃烧制度;二改变配料方案,掺以矿化剂以求降低熟料烧成温度和时间,改进熟料易烧性; 三采用低NOX的燃烧器;四在窑尾分解炉和管道中的分级燃烧技术。

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