國發(fā)【2011】26號文件即《國務(wù)院關(guān)于印發(fā)“十二五”節(jié)能減排綜合性工作方案的通知》明確指出：“十二五”期間，全國氮氧化物排放量比“十一五”削減10%。眾所周知，在生產(chǎn)水泥熟料的過程中，氮氧化物的排放量相當巨大，截止到2011年底，我國在役新型干法水泥生產(chǎn)能力為25.94億噸，生產(chǎn)線1513條;2012年全國新增水泥生產(chǎn)線98條，新增新型干法熟料產(chǎn)能1.315億噸，折合水泥產(chǎn)能2.087億噸，占總新型干法熟料產(chǎn)能的8.14%(數(shù)據(jù)來源于中國水泥協(xié)會、中國水泥網(wǎng))，是繼火電、機動車尾氣之后的第三大排放源，嚴重危害生態(tài)環(huán)境和人體健康。為此，水泥脫硝義不容辭，刻不容緩。
目前，水泥窯爐SNCR技術(shù)原理都是一樣的，只是還原劑選用不同，分別為液氨、氨水和尿素。液氨屬于重大危險源，安全方面需要考慮的問題非常多，一般水泥企業(yè)不會采用;尿素相對容易儲存，但尿素本身不能參加脫硝反應(yīng)，只能將尿素?zé)峤饣蛘唠娊獬砂辈拍芷鹱饔?，轉(zhuǎn)化需要消耗大量的能量，初始投資成本相對比較高，運行成本也隨之增加;氨水不屬于重大危險源，采購、運輸和儲存相對比較方便，所以絕大多數(shù)企業(yè)選擇使用氨水作為還原劑，濃度一般為20%。
1、SNCR技術(shù)脫硝原理
在800～1100℃范圍內(nèi)，采用氨水作為還原劑，在分解爐內(nèi)或一定位置還原劑與NOx進行反應(yīng)，將NOx轉(zhuǎn)化成無污染的N2和H2O，SNCR技術(shù)不需要催化劑。
還原NOX的主要反應(yīng)為：
8NH3+6NO+3O2→7N2↑+12H2O
當溫度高于1100℃時，NH3則會被氧化為NO，即:4NH3+5O2→4NO↑+6 H2O該反應(yīng)會增加氨水的耗量，提高運行成本，在設(shè)計時要充分考慮并于避免。
2、SNCR技術(shù)脫硝工藝流程
很多企業(yè)都在使用該工藝路線圖，但很少有企業(yè)真正清楚該工藝路線!真正了解爐內(nèi)流場的分布!真正懂得各種物料的配比!而且好多企業(yè)為拿到項目不斷的降低配置，致使系統(tǒng)運行不穩(wěn)定，效率無法保證。
3、SNCR技術(shù)脫硝工藝組成
SNCR技術(shù)脫硝工藝組成包括氨水儲存模塊、除鹽水儲存模塊、分配計量模塊、噴射模塊、系統(tǒng)保護模塊和供電控制模塊。
還原劑氨水通過車輛運輸并裝載入氨水儲存罐，通過循環(huán)輸送泵在混合器中與除鹽水混合，根據(jù)設(shè)定的參數(shù)和系統(tǒng)反饋信號，氨水溶液經(jīng)混合后進入噴射系統(tǒng)，在噴槍內(nèi)與壓縮空氣混合，霧化后噴入爐膛內(nèi)。使之與煙氣中的NOx反應(yīng)，并將其還原成氮氣和水。
公司在四川某水泥廠4000t/d生產(chǎn)線上實施了SNCR煙氣脫硝技術(shù)，于2012年12月完成系統(tǒng)調(diào)試并投入運行。從調(diào)試過程中DCS顯示的數(shù)據(jù)以及后期的環(huán)保檢測來看，系統(tǒng)運行正常，性能滿足設(shè)計要求。
1)、系統(tǒng)的設(shè)計參數(shù)
2)、項目中設(shè)備的配置
氨水儲存罐采用不銹鋼材質(zhì)，氨水輸送系統(tǒng)中的泵、閥門、管道全部采用不銹鋼材質(zhì)。為了保證系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運行，專門設(shè)置了冷卻風(fēng)系統(tǒng)。氨區(qū)的設(shè)備布置和冷卻風(fēng)布置如下圖：
根據(jù)現(xiàn)場實際以及計算機模擬的結(jié)果，在分解爐中上部以及鵝頸的入口分別設(shè)置了一層噴槍，每層布置六支噴槍，噴槍各部件均采用不銹鋼材料制造，噴嘴頭材質(zhì)為哈氏合金，噴槍其它部分為316L材質(zhì)，套管采用310材質(zhì)。整個噴槍選材充分考慮其耐高溫、耐腐蝕、耐磨蝕等要求。本項目中選用的噴槍安裝圖和噴霧試驗情況如圖所示：
經(jīng)過設(shè)備單體調(diào)試和聯(lián)動試驗，系統(tǒng)控制系統(tǒng)指令正確，各個設(shè)備運轉(zhuǎn)正常，DCS顯示的數(shù)據(jù)如下：
(注：熱態(tài)運行的氨水濃度為17%，在實際使用過程中先期稀釋成15%的氨水。)
經(jīng)過六個月連續(xù)運行，當?shù)丨h(huán)保部門對SNCR脫硝系統(tǒng)進行了效率測試，檢測數(shù)據(jù)如下：
由以上數(shù)據(jù)可以看出，脫硝效率達到甚至超過了設(shè)計值，說明SNCR技術(shù)在水泥窯脫硝項目中是完全可行的。總結(jié)項目執(zhí)行過程中的經(jīng)驗，本人以為以下幾點值得重點關(guān)注：
1)、需要搞清楚爐內(nèi)流場的分布情況
在項目執(zhí)行以前，公司就根據(jù)分解爐的結(jié)構(gòu)特點，結(jié)合窯爐物料的配比、風(fēng)的用量以及投煤燃燒情況對窯爐的流場分布情況進行了CFD模擬，確定爐膛原始流場的分布和NOX分布情況。
2)、氨水噴入位置的選擇
新型干法水泥窯爐SNCR技術(shù)脫硝的噴氨位置一般都在分解爐上，即在分解爐找一個合適的溫度區(qū)域噴入氨水。從SNCR技術(shù)脫硝原理可以看出，在800～1100℃范圍內(nèi)NOX被還原成了氮氣，溫度過低則反應(yīng)速度明顯下降，會造成大量的氨逃逸;溫度過高氨會被氧化成了NO，又會增加氨的消耗，造成脫硝成本升高。同時，了解了原始流場情況、NOX分布情況和窯爐的溫度情況，就可以布置噴槍位置了。
噴槍布置過程中應(yīng)注意以下幾個問題：
a) 噴槍必須布置在溫度介于800～1100℃區(qū)域，而且反應(yīng)必須有足夠的時間;
b) 選擇合適噴槍形式并合理布置;
c) 氨和NOX必須充分混合。
這個問題是SNCR技術(shù)脫硝系統(tǒng)中至關(guān)重要的，因為這些問題不僅僅就是這些問題!這些問題直接關(guān)系到脫硝的效率、氨的耗量和逃逸問題等等。
這樣，經(jīng)過反復(fù)校核，最終得出的流場分布情況如下：
3)、氨水的儲存問題
氨水是氨氣的水溶液，是一種無色透明液體，有強烈刺鼻氣味，呈弱堿性，具有一定的腐蝕作用，碳化氨水的腐蝕性更加嚴重，對銅的腐蝕比較強，鋼鐵比較差，對水泥腐蝕不大，對木材也有一定腐蝕作用。氨水易揮發(fā)出氨氣，隨溫度升高和放置時間延長而增加揮發(fā)率，且隨濃度的增大揮發(fā)量增加。氨水易分解放出氨氣，溫度越高，分解速度越快，可形成爆炸性氣氛;若遇高熱，容器內(nèi)壓增大，有開裂和爆炸的危險。
由于氨水在空氣中存放會揮發(fā)，吸收二氧化碳后又會生成碳銨(即
2NH3·H2O+CO2=(NH4)2CO3+H2O)，兩者都不利于SNCR技術(shù)的實行，因此氨水儲罐的設(shè)計細節(jié)就得考慮仔細。
由于氨分解可能形成爆炸性氣氛(爆炸極限為16%~25%)，應(yīng)該注意氨水儲
罐泄壓和有效容積問題，必要時考慮裝備冷卻系統(tǒng)。全國多次發(fā)生氨水儲罐補焊爆炸的案例：如1993年某化肥廠氨水儲罐拆卸過程中發(fā)生爆炸;2012年某企業(yè)因為對氨水儲罐進行補焊發(fā)生爆炸等等。
4)、控制系統(tǒng)
單獨就SNCR技術(shù)脫硝系統(tǒng)而言，系統(tǒng)控制的點數(shù)不是很多，PLC控制就足夠了。
目前新型干法窯水泥企業(yè)都采用DCS控制系統(tǒng)，配備工程師站和足夠的操作員站，如果系統(tǒng)冗余點數(shù)足夠，可以考慮借助業(yè)主的DCS系統(tǒng)，利用冗余點，在原有的窯尾控制畫面中增加一個鏈接，能夠直接進入脫硝主畫面即可。
這樣做能夠減少重復(fù)投資，也可以不增加運行管理人員，對業(yè)主的投資成本和管理成本都大有好處。
總結(jié)
首先，SNCR技術(shù)在新型干法水泥窯上脫硝是可行的，結(jié)果能滿足國家環(huán)保要求。
第二、不管是原理還是工藝流程，SNCR技術(shù)都不算復(fù)雜，但各種設(shè)備的選型、位置的布置還是相當有講究的。目前，做水泥窯脫硝的企業(yè)很多，但是能周到考慮各種因素，將脫硝系統(tǒng)做到可靠、穩(wěn)定運行的不多，希望水泥企業(yè)能多方比較、慎重選擇，最終為自己選擇一套合適的系統(tǒng)。
國發(fā)【2011】26號文件即《國務(wù)院關(guān)于印發(fā)“十二五”節(jié)能減排綜合性工作方案的通知》明確指出：“十二五”期間，全國氮氧化物排放量比“十一五”削減10%。眾所周知，在生產(chǎn)水泥熟料的過程中，氮氧化物的排放量相當巨大，截止到2011年底，我國在役新型干法水泥生產(chǎn)能力為25.94億噸，生產(chǎn)線1513條;2012年全國新增水泥生產(chǎn)線98條，新增新型干法熟料產(chǎn)能1.315億噸，折合水泥產(chǎn)能2.087億噸，占總新型干法熟料產(chǎn)能的8.14%(數(shù)據(jù)來源于中國水泥協(xié)會、中國水泥網(wǎng))，是繼火電、機動車尾氣之后的第三大排放源，嚴重危害生態(tài)環(huán)境和人體健康。為此，水泥脫硝義不容辭，刻不容緩。
目前，水泥窯爐SNCR技術(shù)原理都是一樣的，只是還原劑選用不同，分別為液氨、氨水和尿素。液氨屬于重大危險源，安全方面需要考慮的問題非常多，一般水泥企業(yè)不會采用;尿素相對容易儲存，但尿素本身不能參加脫硝反應(yīng)，只能將尿素?zé)峤饣蛘唠娊獬砂辈拍芷鹱饔茫D(zhuǎn)化需要消耗大量的能量，初始投資成本相對比較高，運行成本也隨之增加;氨水不屬于重大危險源，采購、運輸和儲存相對比較方便，所以絕大多數(shù)企業(yè)選擇使用氨水作為還原劑，濃度一般為20%。
1、SNCR技術(shù)脫硝原理
在800～1100℃范圍內(nèi)，采用氨水作為還原劑，在分解爐內(nèi)或一定位置還原劑與NOx進行反應(yīng)，將NOx轉(zhuǎn)化成無污染的N2和H2O，SNCR技術(shù)不需要催化劑。
還原NOX的主要反應(yīng)為：
8NH3+6NO+3O2→7N2↑+12H2O
當溫度高于1100℃時，NH3則會被氧化為NO，即:4NH3+5O2→4NO↑+6 H2O該反應(yīng)會增加氨水的耗量，提高運行成本，在設(shè)計時要充分考慮并于避免。
2、SNCR技術(shù)脫硝工藝流程
很多企業(yè)都在使用該工藝路線圖，但很少有企業(yè)真正清楚該工藝路線!真正了解爐內(nèi)流場的分布!真正懂得各種物料的配比!而且好多企業(yè)為拿到項目不斷的降低配置，致使系統(tǒng)運行不穩(wěn)定，效率無法保證。
3、SNCR技術(shù)脫硝工藝組成
SNCR技術(shù)脫硝工藝組成包括氨水儲存模塊、除鹽水儲存模塊、分配計量模塊、噴射模塊、系統(tǒng)保護模塊和供電控制模塊。
還原劑氨水通過車輛運輸并裝載入氨水儲存罐，通過循環(huán)輸送泵在混合器中與除鹽水混合，根據(jù)設(shè)定的參數(shù)和系統(tǒng)反饋信號，氨水溶液經(jīng)混合后進入噴射系統(tǒng)，在噴槍內(nèi)與壓縮空氣混合，霧化后噴入爐膛內(nèi)。使之與煙氣中的NOx反應(yīng)，并將其還原成氮氣和水。
公司在四川某水泥廠4000t/d生產(chǎn)線上實施了SNCR煙氣脫硝技術(shù)，于2012年12月完成系統(tǒng)調(diào)試并投入運行。從調(diào)試過程中DCS顯示的數(shù)據(jù)以及后期的環(huán)保檢測來看，系統(tǒng)運行正常，性能滿足設(shè)計要求。
1)、系統(tǒng)的設(shè)計參數(shù)
2)、項目中設(shè)備的配置
氨水儲存罐采用不銹鋼材質(zhì)，氨水輸送系統(tǒng)中的泵、閥門、管道全部采用不銹鋼材質(zhì)。為了保證系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運行，專門設(shè)置了冷卻風(fēng)系統(tǒng)。氨區(qū)的設(shè)備布置和冷卻風(fēng)布置如下圖：
根據(jù)現(xiàn)場實際以及計算機模擬的結(jié)果，在分解爐中上部以及鵝頸的入口分別設(shè)置了一層噴槍，每層布置六支噴槍，噴槍各部件均采用不銹鋼材料制造，噴嘴頭材質(zhì)為哈氏合金，噴槍其它部分為316L材質(zhì)，套管采用310材質(zhì)。整個噴槍選材充分考慮其耐高溫、耐腐蝕、耐磨蝕等要求。本項目中選用的噴槍安裝圖和噴霧試驗情況如圖所示：
經(jīng)過設(shè)備單體調(diào)試和聯(lián)動試驗，系統(tǒng)控制系統(tǒng)指令正確，各個設(shè)備運轉(zhuǎn)正常，DCS顯示的數(shù)據(jù)如下：
(注：熱態(tài)運行的氨水濃度為17%，在實際使用過程中先期稀釋成15%的氨水。)
經(jīng)過六個月連續(xù)運行，當?shù)丨h(huán)保部門對SNCR脫硝系統(tǒng)進行了效率測試，檢測數(shù)據(jù)如下：
由以上數(shù)據(jù)可以看出，脫硝效率達到甚至超過了設(shè)計值，說明SNCR技術(shù)在水泥窯脫硝項目中是完全可行的?？偨Y(jié)項目執(zhí)行過程中的經(jīng)驗，本人以為以下幾點值得重點關(guān)注：
1)、需要搞清楚爐內(nèi)流場的分布情況
在項目執(zhí)行以前，公司就根據(jù)分解爐的結(jié)構(gòu)特點，結(jié)合窯爐物料的配比、風(fēng)的用量以及投煤燃燒情況對窯爐的流場分布情況進行了CFD模擬，確定爐膛原始流場的分布和NOX分布情況。
2)、氨水噴入位置的選擇
新型干法水泥窯爐SNCR技術(shù)脫硝的噴氨位置一般都在分解爐上，即在分解爐找一個合適的溫度區(qū)域噴入氨水。從SNCR技術(shù)脫硝原理可以看出，在800～1100℃范圍內(nèi)NOX被還原成了氮氣，溫度過低則反應(yīng)速度明顯下降，會造成大量的氨逃逸;溫度過高氨會被氧化成了NO，又會增加氨的消耗，造成脫硝成本升高。同時，了解了原始流場情況、NOX分布情況和窯爐的溫度情況，就可以布置噴槍位置了。
噴槍布置過程中應(yīng)注意以下幾個問題：
a) 噴槍必須布置在溫度介于800～1100℃區(qū)域，而且反應(yīng)必須有足夠的時間;
b) 選擇合適噴槍形式并合理布置;
c) 氨和NOX必須充分混合。
這個問題是SNCR技術(shù)脫硝系統(tǒng)中至關(guān)重要的，因為這些問題不僅僅就是這些問題!這些問題直接關(guān)系到脫硝的效率、氨的耗量和逃逸問題等等。
這樣，經(jīng)過反復(fù)校核，最終得出的流場分布情況如下：
3)、氨水的儲存問題
氨水是氨氣的水溶液，是一種無色透明液體，有強烈刺鼻氣味，呈弱堿性，具有一定的腐蝕作用，碳化氨水的腐蝕性更加嚴重，對銅的腐蝕比較強，鋼鐵比較差，對水泥腐蝕不大，對木材也有一定腐蝕作用。氨水易揮發(fā)出氨氣，隨溫度升高和放置時間延長而增加揮發(fā)率，且隨濃度的增大揮發(fā)量增加。氨水易分解放出氨氣，溫度越高，分解速度越快，可形成爆炸性氣氛;若遇高熱，容器內(nèi)壓增大，有開裂和爆炸的危險。
由于氨水在空氣中存放會揮發(fā)，吸收二氧化碳后又會生成碳銨(即
2NH3·H2O+CO2=(NH4)2CO3+H2O)，兩者都不利于SNCR技術(shù)的實行，因此氨水儲罐的設(shè)計細節(jié)就得考慮仔細。
由于氨分解可能形成爆炸性氣氛(爆炸極限為16%~25%)，應(yīng)該注意氨水儲
罐泄壓和有效容積問題，必要時考慮裝備冷卻系統(tǒng)。全國多次發(fā)生氨水儲罐補焊爆炸的案例：如1993年某化肥廠氨水儲罐拆卸過程中發(fā)生爆炸;2012年某企業(yè)因為對氨水儲罐進行補焊發(fā)生爆炸等等。
4)、控制系統(tǒng)
單獨就SNCR技術(shù)脫硝系統(tǒng)而言，系統(tǒng)控制的點數(shù)不是很多，PLC控制就足夠了。
目前新型干法窯水泥企業(yè)都采用DCS控制系統(tǒng)，配備工程師站和足夠的操作員站，如果系統(tǒng)冗余點數(shù)足夠，可以考慮借助業(yè)主的DCS系統(tǒng)，利用冗余點，在原有的窯尾控制畫面中增加一個鏈接，能夠直接進入脫硝主畫面即可。
這樣做能夠減少重復(fù)投資，也可以不增加運行管理人員，對業(yè)主的投資成本和管理成本都大有好處。
總結(jié)
首先，SNCR技術(shù)在新型干法水泥窯上脫硝是可行的，結(jié)果能滿足國家環(huán)保要求。
第二、不管是原理還是工藝流程，SNCR技術(shù)都不算復(fù)雜，但各種設(shè)備的選型、位置的布置還是相當有講究的。目前，做水泥窯脫硝的企業(yè)很多，但是能周到考慮各種因素，將脫硝系統(tǒng)做到可靠、穩(wěn)定運行的不多，希望水泥企業(yè)能多方比較、慎重選擇，最終為自己選擇一套合適的系統(tǒng)。
