川铁水泥4000t/d水泥窑烟气脱硝SNCR技术分享
核心提示：浙江中泰环保装备有限公司与四川铁路集团水泥有限责任公司于2012年11月签订了4000t/d水泥窑烟气脱硝SNCR项目总承包合同，内容包括系统设计、制造、采购、运输及储存、建设、安装、调试等，于2012年12月完成系统调试，投入运行。从DCS反应的数据来看，系统运行正常，性能满足设计要求。
国发【2011】26号文件即《国务院关于印发“十二五”节能减排综合性工作方案的通知》明确指出：“十二五”期间，全国氮氧化物排放量比“十一五”削减10%。众所周知，在生产水泥熟料的过程中，氮氧化物的排放量相当巨大，截止到2011年底，我国在役新型干法水泥生产能力为25.94亿吨，生产线1513条；2012年全国新增水泥生产线98条，新增新型干法熟料产能1.315亿吨，折合水泥产能2.087亿吨，占总新型干法熟料产能的8.14%（数据来源于中国水泥协会、中国水泥网），是继火电、机动车尾气之后的第三大排放源，严重危害生态环境和人体健康。为此，水泥脱硝义不容辞，刻不容缓。
浙江中泰环保装备有限公司与四川铁路集团水泥有限责任公司于2012年11月签订了4000t/d水泥窑烟气脱硝SNCR项目总承包合同，内容包括系统设计、制造、采购、运输及储存、建设、安装、调试等，于2012年12月完成系统调试，投入运行。从DCS反应的数据来看，系统运行正常，性能满足设计要求。
1、系统的设计参数
|
项 目 |
单 位 |
数 值 |
备 注 |
|
水泥熟料产量 |
t/d |
4000 |
实际生产出力5500t/d |
|
出口烟气量 |
m3/h |
950000 |
|
|
C1筒出口烟气温度 |
℃ |
345 |
|
|
烟气粉尘浓度 |
g/Nm3 |
80 |
|
|
入口NOx浓度 |
mg/Nm3 |
800 |
标态，干基，10%O2 |
|
分解炉直径 |
mm |
7500 |
|
|
高温风机功率 |
kW |
3150 |
实际使用2700kW |
|
高温风机压头 |
Pa |
7500 |
|
|
出口NOx排放浓度 |
mg/Nm3 |
400 |
|
|
氨逃逸 |
ppm |
10 |
|
2、SNCR技术的原理
本SNCR烟气脱硝系统设计采用20%的氨水作为还原剂，在分解炉内还原剂与NOx进行反应，将NOx转化成无污染的N2和H2O。
在800～1100℃范围内，还原NOx的主要反应为：
4NH3 + 4NO + O2 →4N2 + 6H2O
4NH3 + 2NO2 + O2 →3N2 + 6H2O
当温度高于1100℃时，NH3则会被氧化为NO，即
4NH3+ 5O2 → 4NO + 6H2O
3、SNCR技术的工艺路线
4、项目中设备的配置
氨水储存罐采用304不锈钢材质，氨水输送系统中的泵、阀门、管道全部采用304不锈钢材质，氨区的设备布置如下图：
（氨区总体布置图 ） （氨水泵具体位置图）
根据现场实际以及计算机模拟的结果，在分解炉中上部以及鹅颈的入口分别设置了一层喷枪，每层布置六支喷枪，喷枪各部件均采用不锈钢材料制造，喷嘴头材质为哈氏合金，喷枪其它部分为316L材质，套管采用310材质。整个喷枪选材充分考虑其耐高温、耐腐蚀、耐磨蚀等要求。本项目中选用的喷枪如下图所示：
5、系统调试
|
参数名称 |
10:00 |
11:00 |
12:00 |
13:00 |
14:00 |
15:00 |
16:00 |
|
NOx原始排放浓度 |
720.6 |
721.5 |
730.5 |
764.8 |
749 |
708.1 |
802 |
|
NOx控制浓度 |
328.3 |
328.7 |
332.8 |
348.4 |
341 |
322.6 |
365.7 |
|
温度(℃) |
900 |
893 |
886 |
888 |
899 |
892 |
883 |
|
生料投入量(t/h) |
355 |
354.8 |
348.5 |
342.1 |
362.3 |
365.5 |
342 |
按照国家环保要求，以上表格中NOx已经折算为NO2浓度。
[Page]
6、DCS原始数据
|
获取时间 |
NO |
氨水流量 |
O2 |
除盐水流量 |
|
2013-01-09-15:34 |
611.7915 |
0.1036968 |
7.979417 |
1.527218 |
|
2013-01-09-15:49 |
596.9963 |
0.0221507 |
8.464168 |
0.3571061 |
|
2013-01-09-16:04 |
539.3843 |
0.0176264 |
9.26692 |
0.03647096 |
|
2013-01-09-16:19 |
461.384 |
0.0164163 |
10.14366 |
0 |
|
2013-01-09-16:34 |
500.9651 |
0.0169241 |
10.24369 |
0 |
|
2013-01-09-16:49 |
516.1008 |
0 |
9.849181 |
0 |
|
2013-01-09-17:04 |
497.4702 |
0 |
9.535255 |
0 |
|
2013-01-09-17:19 |
502.7423 |
0.697173 |
9.99238 |
0 |
|
2013-01-09-17:34 |
489.4686 |
0.7949408 |
9.240422 |
1.334804 |
|
2013-01-09-17:49 |
330.0767 |
0.8026866 |
8.329539 |
2.056525 |
|
2013-01-09-18:04 |
266.1284 |
1.205454 |
7.19895 |
1.404933 |
|
2013-01-09-18:19 |
211.1162 |
1.413515 |
7.258606 |
1.390242 |
|
2013-01-09-18:34 |
236.2649 |
1.441507 |
7.226722 |
1.372042 |
|
2013-01-09-18:49 |
196.3797 |
1.43277 |
6.696776 |
1.395917 |
|
2013-01-09-19:04 |
179.5661 |
1.419795 |
7.353089 |
1.379248 |
|
2013-01-10-07:49 |
136.9814 |
1.391416 |
10.60218 |
1.412838 |
|
2013-01-10-08:04 |
121.6895 |
1.380583 |
10.56007 |
1.413905 |
|
2013-01-10-08:19 |
86.95879 |
1.37865 |
10.50463 |
1.411929 |
|
2013-01-10-08:34 |
142.6724 |
1.378845 |
10.58964 |
1.414441 |
|
2013-01-10-08:49 |
123.582 |
1.395712 |
10.62913 |
1.413942 |
|
2013-01-10-09:04 |
98.70177 |
1.38115 |
10.63422 |
1.414045 |
|
2013-01-11-03:49 |
224.0754 |
0.9355543 |
10.93348 |
1.33139 |
|
2013-01-11-04:04 |
215.5313 |
0.9368023 |
11.11392 |
1.332694 |
|
2013-01-11-04:19 |
199.8582 |
0.9387627 |
11.22719 |
1.334009 |
|
2013-01-11-04:34 |
192.8663 |
0.9387874 |
10.98203 |
1.33527 |
|
2013-01-11-04:49 |
193.9612 |
0.938777 |
11.14597 |
1.339459 |
|
2013-01-11-05:04 |
202.5522 |
0.9399211 |
10.82914 |
1.339682 |
|
2013-01-11-05:19 |
198.5739 |
0.939661 |
11.17388 |
1.336181 |
|
2013-01-11-05:34 |
173.4544 |
0.9402677 |
10.94357 |
1.333923 |
|
2013-01-11-05:49 |
177.7036 |
0.9395944 |
11.06118 |
1.336183 |
|
2013-01-11-06:04 |
172.8131 |
0.9397535 |
11.10173 |
1.336024 |
|
2013-01-11-06:19 |
200.0925 |
0.9395543 |
10.86249 |
1.336072 |
|
2013-01-11-06:34 |
183.6007 |
0.940338 |
10.88884 |
1.337265 |
|
2013-01-11-06:49 |
207.5044 |
0.940168 |
10.96214 |
1.336119 |
|
2013-01-11-07:04 |
201.152 |
0.9406558 |
11.08437 |
1.338716 |
|
2013-01-11-07:19 |
200.9776 |
0.9403509 |
11.11961 |
1.371958 |
|
2013-01-11-07:34 |
204.8254 |
0.9402159 |
11.11018 |
1.370136 |
（说明：实际使用的氨水浓度为17%。）
从DCS原始数据表格中可以看出，氮氧化物的入口浓度变化是比较大的，从2013-01-09-15:34到2013-01-09-16:34短短一个小时内，氮氧化物的浓度就从611mg/Nm3变化为539mg/Nm3、461mg/Nm3等，脱硝系统投入运行后，出口的氮氧化物基本上就稳定在200mg/Nm3以下（2013年01月11日数据），如果加大氨水的喷入量，大约在1.3~1.4吨/小时的情况下，出口氮氧化物可以达到100mg/Nm3左右（2013年01月10日数据），甚至更低！这个效率是非常惊人的，就算按照入口461mg/Nm3来核算，脱硝的效率也达到了78.3%！
7、计算
将950000m3/h烟气量（130℃时）折算到标干、10%含氧量得到，系统实际烟气量为：643548Nm3/h。折算到NO2后，入口氮氧化物浓度平均值为812.43mg/Nm3，出口氮氧化物浓度平均值为301.18mg/Nm3，17%氨水每小时平均耗量为0.9393吨。
也就是说，实际氮氧化物的去除量为：
643548Nm3/h×（812.43mg/Nm3—301.18mg/Nm3）=329.01kg/h
理论需要消耗17%的氨水：715.24kg/h，实际消耗939.3kg/h，氨氮摩尔比为：1.31。
按照业主提供的成本核算资料，熟料每天5500吨，电费按0.65元/度,水费按2.0元/吨，17%氨水900元/吨，平均每小时氨水、除盐水和电量消耗如下表：
|
序号 |
参数名称 |
数量 |
单位 |
备注 |
|
1 |
氨水（17%） |
940 |
kg/h |
846元 |
|
2 |
工艺水 |
1340 |
kg/h |
2.68元 |
|
3 |
整体耗电量 |
17.4 |
kWh |
11.31元 |
|
4 |
合计 |
|
|
859.99元 |
经过核算，实际每吨熟料的成本将提高3.75元。
当然，在正常运行过程中，冷却风机是可以关闭的，每小时将节约5kW的电量消耗，脱硝运行成本还能降低一些，但对整体的运行成本没有实质性的影响，故这里不再多述。
8、结论
结合国内国外的运行经验来说，SNCR在水泥厂脱硝技术中应该是成熟的，排放也是完全能够达到标准要求的。但这里面还得注意几个问题：
SNCR技术是有温度窗口要求的，脱离了这个温度窗口脱硝效率将无法保障，温度窗口是依靠喷枪的布置位置确定的，因此，喷枪位置的选择至关重要。
喷枪的寿命关系到系统能否长期稳定运行，所以，有必要增设辅助系统对喷枪进行保护。
在脱硝系统停运以前，必须对系统管路系统进行全面的清理，避免产生堵管等问题影响下次运行。
