新型干法水泥生产线的废气脱硝技术

刘军

新型干法水泥生产线的废气脱硝技术

Flue Gas Denitration Technology of New Dry Process Cement Clinker Production Line

刘军

据统计，至2012年末，全国水泥企业近5000家，熟料产量12.8亿吨，水泥产量20.58亿吨，约占世界水泥产量的56%；新型干法水泥生产线已达到1400多条；水泥行业NOx排放总量220万吨，占全国NOx总排放量10%左右，仅次于电力行业和机动车尾气排放的NOx，位居第三。中国已经成为世界NOx排放大国，巨大的氮氧化物排放量将给人类健康和生态环境带来灾难性的后果。因而，国家正在制定相关减排标准，要求水泥工业必须采取有效的技术手段，严格控制NOx排放量。

新型干法水泥生产线废气脱硝（NOx）目前所应用的主要工艺与技术为：分级燃烧+SNCR（选择性非催化还原法）。二者同时应用，脱硝效率可达70%～80%。

在烟气中NOx初始浓度不高时，采用几乎没有运行成本的分级燃烧脱硝技术；而在NOx初始浓度较高或环保排放标准苛刻时，同时使用分级燃烧和SNCR两种脱硝技术，实现高脱硝效率和低运行成本的目标。

1 分级燃烧脱硝技术

利用分级燃烧技术（包括空气分级燃烧和燃料分级燃烧），降低分解炉内燃料NOx的形成，并通过燃烧过程的控制，还原窑内产生的NOx，从而实现系统的NOx减排。

我厂采用的是空气分级燃烧技术，其基本原理是将燃烧所需的空气由三次风管引出来一部分，分成两级送入分解炉，使第一级燃烧区内空气过剩系数小于1，燃烧生成的一氧化碳和氮氧化物进行还原反应，以及燃烧氮分解成中间产物（如NH、CN、HCN、NHX等）相互作用或与氧化物还原分解，抑制燃料氮氧化物的形成。其主要反应如下：

分级燃烧脱硝技术具有以下特点：

（1）有效降低NOx的排放，可达到20%以上的NOx脱除率；

（2）将燃烧所需的空气分成两级送入分解炉；

（3）无运行成本，且对水泥正常生产无影响；

（4）脱硝系统简单易行，建设和安装周期短；

（5）无二次污染，分级燃烧脱氮技术是一项清洁的技术，没有任何固体或液体的污染物或副产物生成。

2SNCR：选择性非催化还原法

SNCR是目前工业最常用的废气脱硝方法，同时也是目前国内外最成熟、使用最广泛、效率最高的脱硝方法。不需要催化剂，投资省，工艺简单，非常适用于干法水泥生产线。该技术是将氨水或尿素等还原剂喷入窑尾分解炉内，与NOx进行选择性反应，此方法须在高温区加入还原剂。依据水泥行业熟料生产线的特点，在分解炉的适当位置喷入脱硝还原剂，在850℃～1050℃的温度，没有催化剂的环境下，还原剂会优先与NOx进行反应，生成无害的氮气（N2）和水（H2O）。一般来说，在保证还原剂运行成本合适，氨的逃逸量不超过10ppm的前提下，SNCR法可达到70%左右的脱硝效率。

其主要的化学反应方程式为：

为了达到高的NOx脱硝效率并将氨逃逸降到最低程度，应该满足如下条件：

（1）还原反应剂渗透能力强，液滴尺寸合理，分布均匀，与烟气中的NOx混合良好；

（2）选择合适的喷入点；

（3）在反应区内维持适当的温度范围；

表1 分级燃烧系统和SNCR系统考核检测数据

（4）在反应区内获得足够的停留时间；

（5）控制系统具有良好响应特性，对负荷变化敏感。

3 总体性能指标

我厂为5000t/d新型干法水泥熟料生产线，脱硝系统由中国中材国际工程股份有限公司设计建设，系统现已调试完毕，实测脱硝效率如表1。

由表1可见，我厂脱硝系统分级燃烧单独投运，其脱硝效率可达到23%，若分级燃烧和SNCR共同投运，其脱硝效率可达到80%。

本底NOx数值越高、氨水喷射流量越大，脱硝效果越明显，在之前的一次调试过程中，本底NOx数值860（mg/m3（标），10%O2），只运行SNCR系统，同样是25%浓度的氨水，在喷射流量0.8m3/h、0.6m3/h、0.5m3/h时，测得的平均数据分别为：187（mg/m3（标），10%O2）、286（mg/m3（标），10% O2）、346（mg/m3（标），10%O2），其脱硝平均效率分别为：78%、67%、60%。

实践验证了理论，SNCR系统的脱硝效率主要与氨水的浓度、喷射流量、预热器氨水喷射点的选择以及本底NOx的浓度有关，除此之外，只要设计合理，设备质量可靠，就可达到满意的使用效果。

分级燃烧系统在我们厂先后总共试用了近一周的时间，就我们厂窑系统工况而言，其具体操作方法为：C4a分料阀开度由0位开至40%的位置，C4b分料阀处于关闭状态（作为备用系统），原三次风闸板开度由50%的开度关闭到40%，即闸板下降25cm，脱氮风管闸板阀由关闭状态向上提升40cm。操作简便易行，预热器系统生产工艺参数没有受到任何影响，也没有发现预热器结皮现象。

就5000t/d新型干法水泥熟料生产线而言，脱硝系统投入运行后，每年可减少NOx排放量1900余吨，其应用效果比较理想，不过在减排的同时也会增加一定的生产成本。■

TQ172.622.29

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1001-6171（2014）05-0088-02

大连水泥集团有限公司大连水泥厂，辽宁大连116109；

2014-01-20；编辑：赵莲