川鐵水泥4000t/d水泥窯煙氣脫硝SNCR技術(shù)分享

浙江中泰環(huán)保裝備有限公司 · 2013-04-28 14:16

　　國發(fā)【2011】26號(hào)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(dāng)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(huì)、中國水泥網(wǎng)），是繼火電、機(jī)動(dòng)車尾氣之后的第三大排放源，嚴(yán)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。
　　浙江中泰環(huán)保裝備有限公司與四川鐵路集團(tuán)水泥有限責(zé)任公司于2012年11月簽訂了4000t/d水泥窯煙氣脫硝SNCR項(xiàng)目總承包合同，內(nèi)容包括系統(tǒng)設(shè)計(jì)、制造、采購、運(yùn)輸及儲(chǔ)存、建設(shè)、安裝、調(diào)試等，于2012年12月完成系統(tǒng)調(diào)試，投入運(yùn)行。從DCS反應(yīng)的數(shù)據(jù)來看，系統(tǒng)運(yùn)行正常，性能滿足設(shè)計(jì)要求。
　　1、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)

項(xiàng) 目	單位	數(shù) 值	備注
水泥熟料產(chǎn)量	t/d	4000	實(shí)際生產(chǎn)出力5500t/d
出口煙氣量	m³/h	950000
C1筒出口煙氣溫度	℃	345
煙氣粉塵濃度	g/Nm³	80
入口NOx濃度	mg/Nm³	800	標(biāo)態(tài)，干基，10%O₂
分解爐直徑	mm	7500
高溫風(fēng)機(jī)功率	kW	3150	實(shí)際使用2700kW
高溫風(fēng)機(jī)壓頭	Pa	7500
出口NOx排放濃度	mg/Nm³	400
氨逃逸	ppm	10

　　2、SNCR技術(shù)的原理

　　本SNCR煙氣脫硝系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用20%的氨水作為還原劑，在分解爐內(nèi)還原劑與NOx進(jìn)行反應(yīng)，將NOx轉(zhuǎn)化成無污染的N₂和H₂O。
　　在800～1100℃范圍內(nèi)，還原NOx的主要反應(yīng)為：
　　4NH₃+ 4NO + O₂→4N₂ + 6H₂O
　　4NH₃ + 2NO₂ + O₂ →3N₂ + 6H₂O
　　當(dāng)溫度高于1100℃時(shí)，NH₃則會(huì)被氧化為NO，即
　　4NH₃+ 5O₂ → 4NO + 6H₂O

　　3、SNCR技術(shù)的工藝路線

　　4、項(xiàng)目中設(shè)備的配置

　　氨水儲(chǔ)存罐采用304不銹鋼材質(zhì)，氨水輸送系統(tǒng)中的泵、閥門、管道全部采用304不銹鋼材質(zhì)，氨區(qū)的設(shè)備布置如下圖：

（氨區(qū)總體布置圖）（氨水泵具體位置圖）

　　根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際以及計(jì)算機(jī)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(gè)噴槍選材充分考慮其耐高溫、耐腐蝕、耐磨蝕等要求。本項(xiàng)目中選用的噴槍如下圖所示：

　　5、系統(tǒng)調(diào)試

參數(shù)名稱	10:00	11:00	12:00	13:00	14:00	15:00	16:00
NOx原始排放濃度 (mg/Nm³)	720.6	721.5	730.5	764.8	749	708.1	802
NOx控制濃度 (mg/Nm³)	328.3	328.7	332.8	348.4	341	322.6	365.7
溫度(℃)	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

按照國家環(huán)保要求，以上表格中NOx已經(jīng)折算為NO₂濃度。

[Page]

　　6、DCS原始數(shù)據(jù)

獲取時(shí)間	NO	氨水流量	O₂	除鹽水流量
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

（說明：實(shí)際使用的氨水濃度為17%。）

　　從DCS原始數(shù)據(jù)表格中可以看出，氮氧化物的入口濃度變化是比較大的，從2013-01-09-15:34到2013-01-09-16:34短短一個(gè)小時(shí)內(nèi)，氮氧化物的濃度就從611mg/Nm³變化為539mg/Nm³、461mg/Nm³等，脫硝系統(tǒng)投入運(yùn)行后，出口的氮氧化物基本上就穩(wěn)定在200mg/Nm³以下（2013年01月11日數(shù)據(jù)），如果加大氨水的噴入量，大約在1.3~1.4噸/小時(shí)的情況下，出口氮氧化物可以達(dá)到100mg/Nm³左右（2013年01月10日數(shù)據(jù)），甚至更低！這個(gè)效率是非常驚人的，就算按照入口461mg/Nm³來核算，脫硝的效率也達(dá)到了78.3%！

　　7、計(jì)算

將950000m³/h煙氣量（130℃時(shí)）折算到標(biāo)干、10%含氧量得到，系統(tǒng)實(shí)際煙氣量為：643548Nm³/h。折算到NO₂后，入口氮氧化物濃度平均值為812.43mg/Nm³，出口氮氧化物濃度平均值為301.18mg/Nm³，17%氨水每小時(shí)平均耗量為0.9393噸。
　　也就是說，實(shí)際氮氧化物的去除量為：
　　643548Nm³/h×（812.43mg/Nm³—301.18mg/Nm³）=329.01kg/h
　　理論需要消耗17%的氨水：715.24kg/h，實(shí)際消耗939.3kg/h，氨氮摩爾比為：1.31。
　　按照業(yè)主提供的成本核算資料，熟料每天5500噸，電費(fèi)按0.65元/度,水費(fèi)按2.0元/噸，17%氨水900元/噸，平均每小時(shí)氨水、除鹽水和電量消耗如下表：

序號(hào)	參數(shù)名稱	數(shù)量	單位	備注
1	氨水（17%）	940	kg/h	846元
2	工藝水	1340	kg/h	2.68元
3	整體耗電量	17.4	kWh	11.31元
4	合計(jì)			859.99元

　　經(jīng)過核算，實(shí)際每噸熟料的成本將提高3.75元。
　　當(dāng)然，在正常運(yùn)行過程中，冷卻風(fēng)機(jī)是可以關(guān)閉的，每小時(shí)將節(jié)約5kW的電量消耗，脫硝運(yùn)行成本還能降低一些，但對(duì)整體的運(yùn)行成本沒有實(shí)質(zhì)性的影響，故這里不再多述。

　　8、結(jié)論
　　結(jié)合國內(nèi)國外的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)來說，SNCR在水泥廠脫硝技術(shù)中應(yīng)該是成熟的，排放也是完全能夠達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求的。但這里面還得注意幾個(gè)問題：

　　SNCR技術(shù)是有溫度窗口要求的，脫離了這個(gè)溫度窗口脫硝效率將無法保障，溫度窗口是依靠噴槍的布置位置確定的，因此，噴槍位置的選擇至關(guān)重要。

　　噴槍的壽命關(guān)系到系統(tǒng)能否長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，所以，有必要增設(shè)輔助系統(tǒng)對(duì)噴槍進(jìn)行保護(hù)。

　　在脫硝系統(tǒng)停運(yùn)以前，必須對(duì)系統(tǒng)管路系統(tǒng)進(jìn)行全面的清理，避免產(chǎn)生堵管等問題影響下次運(yùn)行。

編輯：周利群

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