【文章內容簡介】 況下雖然火焰溫度較高，但因為短火焰核心部位缺少空氣，因此產生的 NOx 量卻比長火焰的少，究竟什么樣的火焰形狀會使 NOx 生成量 過?？諝庀禂?shù)對 NOx排放的影響 瀘州賽德水泥有限公司 4600t/d熟料新型干法水泥生產線 SNCR脫硝系統(tǒng)工程 可行性研究報告 成都建筑材料工業(yè)設計研究院有限公司 14 最低，需要結合現(xiàn)場實際和理論分析才得出結論。 (4) 廢氣在窯內停留時間 在熱能流量相同的條件下，窯截面空氣流量越大，燃燒氣體在高溫區(qū)停留的時間越短，形成的 NOx 量越少，因此縮短料氣在燃燒器出口端附近高溫區(qū)停留時間，可以減 少 N2和 O2反應機率，從而降低 NOx 的生成率。 降低 NOX的工藝措施 針對 NOx形成機理、生成量的影響因素，我們從工藝方向下降低 NOx，主要方法有。 (1) 加強原燃料的管理，加強原燃料的均化效果，合理控制生料、煤粉的細度，提高生料的易燒性，降低煤耗，相關實驗表明，提高生料的易燒性，降低煤耗可以降低 NOx。 (2) 加強工藝管理，精細化操作，優(yōu)化回轉窯系統(tǒng)的煅燒制度，控制利于 NOx 的火焰形狀和適宜的煅燒溫度，在不影響熟料質量的前提下，盡量降低過剩空氣系數(shù)，確保原燃料喂料的準確均勻穩(wěn)定，精心操作，適當 調整窯系統(tǒng)的各項指令自變量可獲得相應的 NOx減排效果，降低 NOx生成量約為 10%～ 15%。 (3) 降低燒成帶溫度可有效降低熱力型 NOx 的生成量，因此可以通過加入混合材或礦化劑，調整配料等方法減少熱力型 NOx 的生成量，降低 NOx 生成量約為 5%～ 15%，氟化物礦化劑的加入有可能存在氟污染，造成二次污染，因此礦化劑不具有普遍適用性，所以可以通過加入混合材，調整配料等方法減少熱力型 NOx 的生成量。 (4) 使用低氮燃燒器：回轉窯中的熱力型 NOx 主要是由窯頭燃燒器產生的，提高一次風噴出速度，提高一次風噴出動量，降低 一次風用量，提高卷吸高溫二次風的能力，可以顯著降低回轉窯中 NOx 的生成量。這一類燃燒器主要有：丹麥史密斯的 Centrax 型、雙調縮節(jié)伸縮式 Duoflex型燃燒器，法國皮拉得公司 Rotaflam 型燃燒器、德國 KDH 公司的PYROJET 型燃燒器，使用低氮燃燒器對于不同水泥廠的 NOx 減排效果一般在 5%～ 30%。 (5) 分級燃燒技術：在分解爐采用分級燃燒技術是降低 NOx 排放的瀘州賽德水泥有限公司 4600t/d熟料新型干法水泥生產線 SNCR脫硝系統(tǒng)工程 可行性研究報告 成都建筑材料工業(yè)設計研究院有限公司 15 有效及必要的技術措施。分解爐內煤粉燃燒溫度為 8501100℃，分解爐分級燃燒技術有自身的特殊性，對于一個傳統(tǒng)的分解爐來說，一般認為燃料 中的氮約有 50%被轉化形成燃料型氮氧化物，當分解爐內某一區(qū)域沒有充足的氧氣燃燒時就會產生 HCN、 NH CO，把已生成的 NOx 還原成N2?；谶@一反應對于窯內已形成高溫氮氧化物在分解爐內通過還原性區(qū)域時，可還原降低氮氧化物。分解爐有很大的調節(jié)性，可以處置回轉窯內產生的大部分 NOx，同時可以和生料分解的熱力要求結合起來，使水泥的生產過程和氮氧化物的降低有機結合。在分解爐結構上可采用分風、分燃料、分生料的措施，其主要原理是在沿著氣流動動方向，在分解爐內形成強還原區(qū)、弱還原區(qū)、完全燃燒區(qū)，確保把窯內形成的 NOx充 分還原成 N2，同時對分解爐的燃料型 NOx 進行還原控制，并保證燃料完全燃燒和生料的充分分解。在窯爐的進料端點燃燃料，并保持還原性氣氛，就可以減低在窯內燃燒帶中形成的 NOx； 通過調整燃燒空氣量，使得燃燒燃料最初是在還原性氣氛中燃燒，以降低 NOx 的生成，然后再在氧化氣氛中完全燃燒；通過控制生料的加入量來調節(jié)燃燒溫度；引入三次風來調整燃燒器中還原性氣氛，使其達到適宜的還原氣氛，采用這種方式的分級燃燒技術可降低熱力型和燃料型 NOx。分級燃燒技術的脫NOx 效率達 20%～ 50%。 但是理論研究和實際經驗表明，回轉窯中無論 采取何種工藝措施來降低 NOx 的排放，仍有相當數(shù)量 NOx 生成，所以我們還須采取強制型脫硝方案。 強制型脫銷技術方案 強制型脫硝技術方案有選擇性非催化還原技術（ SNCR）、選擇性催化還原技術（ SCR）、 SNCR－ SCR 復合技術等。 選擇性非催化還原技術（ SNCR）是一種對燃料燃燒后含 NOx 煙氣進行的脫硝技術，在沒有催化劑的情況下，在一定的溫度范圍內向煙氣中噴入一定量的還原劑， (如氨水，碳氫化合物等 )，把煙氣中的氮氧化物還原成氮氣，實踐證明，向窯尾高溫廢氣中噴氨是最有效的 NOx 減排技術之一。選擇性催化還原 技術（ SCR）就是在固體催化劑存在下．利用各種還原性氣體（如 H CO、烴類、 NH3）和 NO 反應使之轉化為 N2的方法。瀘州賽德水泥有限公司 4600t/d熟料新型干法水泥生產線 SNCR脫硝系統(tǒng)工程 可行性研究報告 成都建筑材料工業(yè)設計研究院有限公司 16 以 NH3做還原劑時，金屬氧化物（如 V2O MnO2等）是最常用的 SCR 工業(yè)催化劑。催化劑是影響 NOx 脫除效率的重要因素，除此之外，溫度、還原劑濃度、催化劑種類和量等對脫氮效果影響顯著。 SNCR－ SCR 復合技術是 SNCR 與 SCR 相接合的技術。 (1) SNCR 脫硝原理 選擇性非催化還原技術 (SNCR)是把含有 NHx 基的還原劑 (如氨氣、氨水或者尿素等 )噴入分解爐溫度為 850℃～ 1100℃的區(qū)域 ，在該溫度區(qū)域的停留時間為 1～ 2S，該還原劑迅速熱分解成 NH3和其他副產物，隨后 NH3與煙氣中的 NOx 進行 SNCR 反應而生成 N2。 采用 NH3作為還原劑，在溫度為 850℃～ 1100℃的范圍內，還原 NOx的化學反應方程式主要為： 4NH3 + 4NO + O2 → 4N2 + 6H2O 4NH3 + 2NO + 2O2 → 3N2 + 6H2O 8NH3 + 6NO2 → 7N2 + 12H2O 而采用尿素作為還原劑還原 NOx 的主要化學反應為： 2NO + (NH2)2CO 十 (1/2)02=2N2十 2H20+C02 SNCR 還原 NO 的反應對于溫度條件非常敏感，分解爐噴入點的選擇，也就是所謂的溫度視窗的選擇，是 SNCR 還原 NO 效率高低的關鍵。一般認為理想的溫度范圍為 850℃～ 1100℃ ,并隨反應器類型的變化而有所不同。當反應溫度低于溫度視窗時，由于停留時間的限制，往往使化學反應進行的程度較低反應不夠徹底，從而造成 NO 的還原率較低，同時未參與反應的 NH3增加氨氣的逃逸率。而當反應溫度高于溫度視窗時， NH3的氧化反應開始起主導作用： 4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O 從而， NH3的作用成為氧化并生成 NO，而不是還原 NO 為 N2。所以，SNCR 法還原 NO 的過程是上述兩類反應相互競爭、共同作用的結果。如何選取合適的溫度條件同時兼顧減少還原劑的泄漏成為 SNCR 技術成功應用的關鍵。 無論氨或尿素，皆必須噴射于 850℃～ 1100℃之溫度范圍內，才能使氮氧化物還原為氮氣 (N2) 瀘州賽德水泥有限公司 4600t/d熟料新型干法水泥生產線 SNCR脫硝系統(tǒng)工程 可行性研究報告 成都建筑材料工業(yè)設計研究院有限公司 17 (2) SCR 脫硝原理 在預熱器出口的管道上把煙氣（約 350℃）引入 SCR 反應器，在管道上加入還原劑尿素 [CO(NH2)2]或氨水 (NH4OH)，氮氧化物在催化劑作用下被氨還原為無害的氮氣和水： 4NO + 4NH3 + O2 → 4N2 + 6H2O 4NH3 + 2NO2 + O2 → 3N2 + 6H2O NO2 + NO + 2NH3 → 2N2 + 3H2O (3) 三種煙氣脫硝技術的比較 見下表： 脫硝技術 SNCR SCR SNCR/SCR混合型 還原劑 氨水、液氨、尿素 氨水、液氨、尿素 氨水、液氨、尿素 反應溫度區(qū) 85011000C 3204000C 前段： 85011000C 后段： 3204000C 催化劑類型 不使用催化劑 TIO V2O WO3等重金屬氧化物 后段加裝少量 TIO V2OWO3等 催化壽命 不使用催化劑 2021024000h 2021024000h 脫硝效率 最高可達 8088% 最高可達 95% 最高可達 95% 對系統(tǒng)通風的影響 基本不影響 增加系統(tǒng)阻力 6001000pa 增加系統(tǒng)阻力 400800pa 運行成本 最低 比 SNCR高 80120% 比 SNCR高 4080% 主要成本 還原劑消耗、霧化介質消耗 催化劑消耗、還原劑消耗、霧化介質消耗 催化劑消耗、還原劑消耗、霧化介質消耗 占地空間 需要還原劑制備系統(tǒng)占地 催化劑再生及催化劑反應、還原劑制備系統(tǒng)需要空間 大 催化反應占地略小占地中等 投資額度 約相當于 SCR 系統(tǒng)投資的2530% 投資較高 約相當于 SCR 系統(tǒng)投資的5060% 脫硝水平 150500mg/Nm3(10%O2） 100500mg/Nm3(10%O2） 100500mg/Nm3(10%O2） 經濟脫硝運行水平 水泥行業(yè)煙氣脫硝以SNCR為主 大型火力發(fā)電為主，水泥廠采用少 尚沒有成功案例工程 SNCR 煙氣脫硝技術具有經濟實用的特點，雖然受到反應溫度、混合等因素的制約。但它具有系統(tǒng)容易加工無停工期，所占空間小，與其他脫硝設備兼容性 升級性能好，運行管理方便等突出特點， SNCR 系統(tǒng)的建設快、投資經濟、運行管理靈活、脫硝成本相對低廉等優(yōu)勢。因此 ， 我們推薦水泥廠選擇選擇性非催化還原技術（ SNCR）。 (4) 各種不同還原劑使用特性比較 見下表： 瀘州賽德水泥有限公司 4600t/d熟料新型干法水泥生產線 SNCR脫硝系統(tǒng)工程 可行性研究報告 成都建筑材料工業(yè)設計研究院有限公司 18 特性比較 液氨 氨水 尿素 備注 毒性 高 低 無 設備成本 高 中 中 脫硝效率 高（ 6088%） 高（ 6088%） 中（ 3050%） 藥品單價 低 高 中 噸熟料藥品成本 低 中 高 人工成本 中 低 高 占用空間 小 小 大 操作復雜 復雜 方便 較復雜 反應溫度 870℃ 870℃ 1000℃ 對分解爐溫度影響 小 小 大 安全防護 安全防護設備要求很高 仍需安全防護設備 毋須安全防護設備 SNCR 系統(tǒng)中，采用尿素、氨水作為還原劑時，其運行的特性是不一樣的，并對脫硝的效率、氨逃逸產生一系列的影響。 尿素 SNCR 系統(tǒng)和氨水 SNCR 系統(tǒng)，還原劑噴射至爐膛后的示意圖： 尿素溶液與氨水溶液爐膛內噴射示意圖 瀘州賽德水泥有限公司 4600t/d熟料新型干法水泥生產線 SNCR脫硝系統(tǒng)工程 可行性研究報告 成都建筑材料工業(yè)設計研究院有限公司 19 圖中給出了尿素溶液與氨水溶液噴入爐膛內的示意圖。可以清楚發(fā)現(xiàn)，由于尿素溶液具有一個固體的核，外層是被水分子包裹，在高溫下，水分子先蒸 發(fā)，然后尿素顆粒再分解成氨基，氨基再和煙氣中的氮氧化合物進行反應，生成氮氣和水。而氨水溶液則是水與氨充分混合，反應更加直接，氨水溶液噴入爐膛的一瞬間還原反應就會開始。 上述對比可知，尿素溶液通常對爐膛內能量損耗高于氨水，并且反應復雜。當煙氣溫度較低的時候，尿素所需要的停留時間很難得到滿足，影響系統(tǒng)脫硝效率及增加氨逃逸。 效率比較： 下圖 為煙氣溫度為 900℃的條件下，我們作出的分別以尿素、氨水作為還原劑的脫硝效率。 900℃工況下尿素與氨水的脫硝效率對比圖 圖中的橫坐標是氨氮摩爾比，縱坐標是氮氧化 合物脫除效率。根據(jù)圖中的結果，顯然可以得出以下結論： 黃色的是尿素作為還原劑的脫除效率，在氨氮摩爾比為 1 的時候，氮氧化合物脫除效率為 25%～ 40%；在氨氮摩爾比為 的時候，氮氧化合物脫除效率為 38～ 55%。要達到更高的效率，就要提高氨氮比，這樣瀘州賽德水泥有限公司 4600t/d熟料新型干法水泥生產線 SNCR脫硝系統(tǒng)工程 可行性研究報告 成都建筑材料工業(yè)設計研究院有限公司 20 氨的逃逸率也隨之增加。 藍色的是以氨水作為還原劑的脫出效率，在氨氮摩爾比為 1 的時候，氮氧化合物的脫除效率為 48～ 80%；在氨氮摩爾比的為 的時候，氮氧化合物的脫除效率為 75%～ 95%；在同等的氨氮摩爾比的條件下，氨水作為還原劑的效率比尿素作為還原劑的效率要高 25%～ 30%。 綜上所述，選擇性非催化還原技術（ SNCR）以氨水為還原劑較合理，因為液氨安全防防要求很高，我們一般較難實現(xiàn)，而氨水與尿素相比，雖然其仍需安全防護，但他有操作方便、占地面積少、脫硝效率高、運行成本較低的優(yōu)點，所以我們建議以氨水為還原劑，氨水的常用濃度有17%、 20%、 25%,濃度高，效率高，所需的氨水少。 瀘州賽德水泥有限公司 4600t/d熟料新型干法水泥生產線 SNCR脫硝系統(tǒng)工程 可行性研究報