SNCR技术在水泥窑烟气脱硝中的应用

方芳

（铜陵市环境监测中心站，安徽铜陵244000）

SNCR技术在水泥窑烟气脱硝中的应用

方芳

（铜陵市环境监测中心站，安徽铜陵244000）

通过对比分析水泥窑脱硝技术并结合我国具体国情，探讨出适合我国的水泥窑脱硝技术—SNCR技支。阐述了SNCR技术的原理、特点、工艺、减排效益；并通过SNCR在水泥窑烟气脱硝中的实际应用情况、监测数据、减排效益等，为我国水泥行业氮氧化物减排治理工作提供参考。

SNCR技术；氮氧化物（NOX）、烟气脱硝、水泥窑

氮氧化物（NOX）是大气主要污染源之一，主要包括NO、NO2、N2O、N2O3、N2O4、N2O5等。NOX对人、动植物具有极大危害性。当空气中的NOX含量达100～150ppm时，人在达0.5-1h内就会引起肺水肿而死亡；当空气中NOX含量2.5ppm时，豆类及西红柿叶子在7h后就变成白色。NOX也是形成酸雨、酸雾、化学烟的原因之一。

目前我国NOX的排放量与欧、美等发达国家相比处于较高的水平，现已成为世界NOX排放大国。从2008年《大气污染防治法（修订草案）》将NOX作为重要治理领域后，我国对NOX控制日趋重视。

在NOX工业源排放中，全国水泥行业约占排放总量的10%左右，仅次于电力和机动车尾气排放，位居第三位，因此水泥行业NOX减排在我国NOX总量控制中占有很多重要地位。水泥行业低NOx排放控制技术主要有低氮燃烧技术和烟气脱硝技术，其效能情况如表1。

综合上述，根据“技术先进、工艺成熟、经济合理”的选择原则，选择性非催化还原（SNCR）烟气脱硝技术可达到确保在较低运行成本的状态下，实现系统NOx减排目标。

1.SNCR技术的原理

SNCR是Select None-Catalytic Reduction的简称，全称：选择性非催化还原。其基本原理是：将氨水（入罐质量浓度20%-25%，入炉质量浓度10%-15%）通过雾化喷射系统直接喷入分解炉合适温度区域，雾化后的氨与NOX（NO、NO2等混合物）进行选择性非催化还原反应，将NOX转化成无污染的N2和水。氨水喷入点的位置至关重要，当喷入点的温度过低时，脱硝反应效率会降低；当喷入点的温度过高时，氨会直接被高温氧化成N2和NO，最终也会影响脱硝反应效率。因此为了提高脱硝反应效率并实现NH3的逃逸最小化，喷入点的选择一般需要满足以下条件：（1）温度为850℃-970℃的区域；（2）在氨水喷入的位置没有火焰；（3）氨水在反应区域有足够的停留时间（1-2s）。喷氨后分解炉内发生的化学反应主要有：

表1 水泥窑低NOx技术应用效能的比较

该技术的脱硝效率一般为30%-60%。NOX脱除效率与NH3/NOX摩尔比的关系如下图。

图1 NOX脱除效率和NH3/NOx摩尔比的关系

2.SNCR技术的优点

（1）该烟气脱硝技术的效率一般为30～60%；

（2）系统简单，工程量小，不需要改变现有烧成系统工艺和设备设置，只需另行配置SNCR脱硝装置即可；

（3）由于不需要昂贵的催化剂和体积膨大的催化反应塔，土建工程量小，项目造价低，运行成本可根据实际情况来控制调整；

（4）系统阻力小，无需考虑在现有的烧成系统中额外附加阻力；

（5）系统占地面积小，需要较小的氨水储存位置，不需要占用很大的场地面积。

3.SNCR脱硝技术存在的问题

（1）若单独使用该技术，脱硝效率达60%以上，则氨水消耗量较大，运行成本高；

（2）由于需要从分解炉上部高温段喷入氨水，根据氨水喷入量的不同，会对烧成系统的热耗产生一定的影响；

（3）分解炉喷入氨水后可能生成的(NH4)2SO4和NH4HSO4腐蚀和堵塞管道；

（4）氨的逃逸量一般为10ppm（8mg/Nm3）左右。

4.SNCR技术在水泥窑烟气脱硝中的实际应用

SNCR技术在国内水泥生产线已有较多的实例，现以本市某大型水泥厂12000t/d熟料生产线烟气脱硝技改工程为例，详细介绍SNCR技术实际应用:

该水泥厂在现有低氮燃烧技术的基础上，采用选择性非催化还原（SNCR）烟气脱硝技术，配置SNCR烟气脱硝设施，在分解炉上部合适的温度区间内喷入还原剂，与烟气中NOX发生还原反应，降低NOX的排放。通过在低氮燃烧技术的基础上，配套建设SNCR烟气脱硝技术设施，确保在较低运行成本的状态下，实现系统NOX减排目标（去除效率达60%以上）。

4.1 工艺简介

SNCR系统主要包括氨水卸载、储存系统及氨水计量系统、氨水加压控制系统、喷雾系统和PLC控制系统等部分组成，工艺流程及系统控制图如下图所示：

图2 SNCR烟气脱硝工艺流程图

图3 SNCR烟气脱硝系统控制图

4.2 还原剂储存、输送系统

选用质量分数为20%-25%的氨水作为还原剂，氨水储罐的设计为常压、常温，储罐材质使用304材质，氨水储罐设置两座，一备一用。为了保证氨水罐内有足量的氨水，并且压力适当，氨水罐需要配置液位计、真空阀、排气阀等附属设施。氨水储罐内一旦超压，呼吸阀会自动开启，使罐内压力回落到正常水平。来自氨水储罐的氨水通过加压泵加压后，由计量器分配直接进入喷雾系统。每台分解炉必须配置一套计量分配系统，用于控制分解窑每个喷射区的还原剂流量。

4.3 喷射系统

喷枪是喷雾系统的核心也是整个SNCR系统的关键部件。为提高脱硝反应的效率，在本项目设计将喷枪布置在分解炉出口鹅颈管位置，共布置两层，每层5把喷枪，一共10支喷枪，所有喷枪围绕烟道周向对称均布。喷枪为双流体喷枪，以压缩空气为喷射动力，保证雾化效果和喷射覆盖范围，能适应不同的稀氨水的流量，在流量变化幅度较大时也能保持优良的雾化效果。

为了提高脱NOX的效率并实现窑尾烟囱NH3的逃逸最小化，喷射位置选择应满足以下条件：在氨水喷入的位置没有火焰；在反应区域维持合适的温度范围（850-950℃）；在反应区域有足够的停留时间：不小于1秒。

4.4 减排效益

该水泥厂在SNCR脱硝系统技改前后，均对生产线窑尾的NOX进行了监测，监测结果如下表2：

表2 废气固定源监测结果

由此可以看出，12000t/d熟料生产线窑尾尾气（脱硝前与脱硝后）脱硝前后NOX去除效率为61.04%、一年合计可减少氮氧化物排放量约为3778吨（按年生产8000小时计）。

4.5 项目投资

项目前期总投资约895万，运行投产后，主要成本为还原剂（氨水）的外购，经核实，运行费用约2.0元/吨熟料。本项目虽然没有直接的经济效益，但大大减少了NOX，具有很大的社会效益和环境效益。

5.结论

我国现已明确将加强NOX排放的控制力度，环境保护部与国家质量监督检验检疫总局与2013年12月27日联合发布了《水泥工业大气污染物排放标准》，其中对NOX的排放有了严格的要求。SNCR在脱硝技术中具有脱硝效率高，运行成本较低的优点，通过与低氮燃烧技术结合可获得更高的脱硝效率；且SNCR技术占地面积小，布局容易，更适合现有机组的技术改造。因此SNCR技术必将在水泥脱硝行业中占据重要地位。

[1]王永波.SNCR烟气脱硝技术应用探讨[C].中国电力教育2010年管理论丛与技术研究专刊，2010.

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[3]周荣，金瑞奔，汪昊其，范海燕.水泥窑炉SNCR烟气脱硝技术的工程应用分析[J].水泥，2013，（1）.

[4]陈静，王纯利.SNCR烟气脱硝技术与应用[J].能源环境保护，2013，27（4）.

（责任编辑：刘小斌）

TQ172.62

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1671-752X（2014）03-0064-03

2014-05-17

方芳（1980-），女，安徽铜陵人，铜陵市环境监测中心站工程师。