S-NCR脱硝技术在12000t/d水泥生产线的应用

李 强 詹 楠

（天瑞集团郑州水泥有限公司，河南省 郑州市 450131）

0 引言

“十二五”期间，氮氧化物首次被列入约束性排放指标体系，随着国家对水泥行业NOx排放控制的日益严格和环保排放标准的提高，脱硝工程将逐步在水泥行业进行推广。我公司将日产 12000吨熟料生产线作为脱硝工程试点进行改造，现将改造情况介绍如下。

1 项目简介

为了积极响应国家“十二五”期间降低污染物排放指标的相关政策，我公司作为脱硝试点企业，与瑞典科研院进行合作，采用瑞典Ecomb公司生态管S-NCR脱硝技术，对公司12000吨熟料生产线进行改造。

2 脱硝原理

选择性非催化还原法脱硝技术是在没有催化剂的条件下，在850～1100℃的温度范围内，把还原剂（通常是氨气或尿素）喷入水泥窑内，还原剂与炉窑中的氮氧化物（主要为一氧化氮和二氧化氮）发生化学反应，生成氮气和水，从而减少烟气中氮氧化物的排放。

在分解炉或炉膛的中下部喷入还原剂氨水（NH4OH）或尿素〔CO(NH2)2〕，在有部分氧气存在的条件下，发生以下反应：

4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O (1)

温度进一步升高，则可能发生以下的反应：

4NH3+5O2→4NO+6H2O (2)

当温度低于850℃时，NH3与NO的反应速度很慢；当温度高于1100℃时反应式（2）会逐渐起主导作用，当温度高于1300℃时NH3转变为NO的趋势会变得明显。

3 还原剂选择

对于S-NCR工艺，选择的还原剂主要是尿素和氨水。尿素法是先将尿素固体颗粒在容器中完全溶解，然后将溶液由泵送到水解槽中，通过热交换器将溶液加热至反应温度后与水反应生产氨气；氨水法是将 25%的含氨水溶液通过加热装置使其蒸发，形成氨气和水蒸气，然后与加压风机的空气混合雾化，将该气体送入分解炉内。

综合考虑，水泥炉窑中喷氨窗口烟气温度分布均匀，温差小，有利于在850～1050℃温度窗口进行脱硝反应，采用25%氨水作为还原剂，完全可配套新型干法水泥熟料生产烟气脱硝工艺技术要求，脱硝效率最低要求≥60%，通过调试优化，系统在满负荷连续运行达到65%的脱硝效率是可行的。因此，充分考虑到我厂周边环境及运输距离较远，本项目使用外购液氨贮存，配置25%氨水作为脱硝还原剂进行使用。

4 工艺流程

我公司使用氨水作为脱硝还原剂，氨水贮存供应系统包括液氨卸料压缩机、液氨储罐、液氨供应泵、液氨蒸发器、氨气缓冲罐、氨气吸收罐、废水泵、废水池等。

4.1 氨贮存蒸发

液氨由液氨槽车送至工厂，利用液氨槽车与液氨储罐间的压差或利用液氨卸料压缩机增压的方式将液氨输入至液氨储罐内存储，使用时依靠液氨储罐与蒸发器间的压差将液氨输送至液氨蒸发器内，液氨蒸发器采用双盘管水浴式蒸汽加热方式，传热介质为水。蒸汽通过蒸汽盘管放热，使水温升高，水通过液氨盘管放热，使液氨蒸发为氨气，并通过氨气缓冲罐来稳定其压力后送达氨水配置装置。

4.2 氨水贮存

氨气和一次水经过氨气喷射泵混合后，进入氨水储罐贮存，储罐内设置冷却水盘管和氨气设施防止储罐超温、超压。

4.3 喷射系统

将氨水溶液经过雾化喷射系统直接喷入分解炉合适温度区域，雾化后的氨与氮氧化物进行选择性非催化还原反应，将氮氧化物转化为无污染的氮气。

4.4 工艺流程简图

图1 水泥烟气S-NCR脱硝流程简图

5 S-NCR反应装置布置

喷氮位置合理确定和管材质量可靠是实现脱硝目标的必要保障，也是核心关键技术，我公司经过调研和考察，在此项目上使用瑞典Ecomb公司生态管设备。

5.1 反应设备布置

脱硝反应装置主要设备包括生态管（进口设备，特殊耐高温材料），压缩空气设备及相关控制系统，上述装置不至于现有分解炉平台之上，设立操作间一处，承重不超过 4吨；生态管直接插入分解炉内，分解炉新增 9个点位，开孔约100mm，其中6处插入生态管，管径约70mm，该管可以伸缩调节，进入炉内最大深度500mm，其余3个孔为备用口，以核验脱硝最佳效果位置，来确定最终选择的6个喷入氨液点位。

5.2 生态管位置选用

生态管最佳位置应根据水泥烟气所经过线路进行确定，水泥烟气经分解炉燃烧后，进入五级旋风除尘器，除尘后排入大气。

高效脱硝系统的最重要的特点是能够让 NOX气体与还原剂很好的混合，而且注射枪不能深入到分解炉中空的位置，因为下降的灰尘和堵塞会对其造成损坏。由于即使在生态水平或逆向喷射情况下，液滴都可以改变方向，便成为迅速向上的气流，还原剂的穿透深度和还原剂与气体的混合程度都会很差，所以最佳混合位置应选择在弯曲的区域和最低位置旋风筒与弯管的地方。

除了混合，还需考虑SNCR还原反应与CO氧化反应的相互影响，CO的出现会减少 NOX的还原效率。其次还需考虑最大限度的提高还原剂在分解炉内的停留时间。

6 结论

随着“十二五”期间，国家对水泥行业 NOX排放控制要求的日益严格和环保标准的提高，SCNR技术由于投资成本低，建设周期短，运行成本合理，能较大程度的降低窑尾烟气中 NOX的浓度，具有很高的的环保效益及社会效益，值得在水泥行业进行推广应用。