摘要：本文主要介紹SNCR比較經(jīng)濟的脫硝效率是在55%以下，如控制SNCR脫硝效率達到60%甚至更高的脫硝效率，SNCR運行投入成本會大幅度增加，因此水泥企業(yè)煙氣脫硝片面追求SNCR脫硝效率只會大幅增加脫硝成本和二次污染，選擇基本措施(采用優(yōu)化窯和分解爐的燃燒制度、空氣分級燃燒、燃料分級燃燒和低氮燃燒器等方法降低煤粉燃燒過程中氮氧化物的生成量)+選擇性非催化還原技術才能保證在NOX的排放濃度減少最經(jīng)濟。源頭消減才能更經(jīng)濟更好滿足《水泥工業(yè)大氣污染物排放標準》(GB4915-2013)規(guī)定的大氣污染物特別排放限值要求。
關鍵詞：水泥企業(yè)，SNCR，NOX
1.引言
氮氧化物排放量被國家列入“十二五”規(guī)劃的控制性目標，要求 2015 年氮氧化物排放總量比 2010 年下降10% ，2011年我國水泥行業(yè)排放的NOX約220萬噸，占我國工業(yè)NOX排放總量的10%左右，對NOX排放貢獻僅次于火電和機動車尾氣排放，位居第三。NOX的排放問題已成為水泥工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的制約因素。根據(jù)2010年對150多家水泥企業(yè)的調(diào)研，水泥廠的大氣污染物基本上得到了控制，但是NOX已成為主要廢氣污染源。
工業(yè)和信息化部發(fā)布的《水泥行業(yè)準入條件》(工原[2010]第127號文件)水泥行業(yè)準入條件中第二十條：嚴格執(zhí)行《水泥工業(yè)大氣污染物排放標準》和《水泥工業(yè)除塵工程技術規(guī)范》以及可替代原料、燃料處理的污染控制標準。對水泥行業(yè)大氣污染物實行總量控制，水泥顆粒物排放在2009年基礎上降低50%，NOX在2009年基礎上降低25%;新建或改擴建水泥(熟料)生產(chǎn)線項目須配置脫除NOX效率不低于60%的煙氣脫硝裝置。新建水泥項目要安裝在線排放監(jiān)控裝置，并采用高效污染治理設備。
現(xiàn)有生產(chǎn)線2015年7月1日起執(zhí)行《水泥工業(yè)大氣污染物排放標準》(GB4915-2013)規(guī)定的大氣污染物排放限值，NOX的排放濃度控制在400mg/m3，大氣污染物特別排放限值，NOX的排放濃度控制在320mg/m3，因此水泥企業(yè)開展脫硝等大氣污染物減排工作勢在必行并顯得尤為迫切。
2. SNCR 降低NOx原理
選擇性非催化還原(Selective Non-Catalytic Reduction，以下簡寫為SNCR)技術是一種成熟的NOX控制處理技術。SNCR方法主要在850～1050℃下，將含氮的化學劑噴入煙氣中，將NO還原，生成氮氣和水。在水泥窯氮氧化物減排實施中，主要在分解爐合適位置噴入適量的還原劑(氨水或是尿素溶液)，噴入的還原劑在煙氣自身熱力運動和噴槍的合理分散作用下，同氮氧化物完成充分混合，在適合的溫度和氣氛下，反應生成氮氣和水，發(fā)生以下反應過程如下：
4NH3 + 4NO + O2 →4N2 + 6H2O (1)
溫度進一步升高,則可能發(fā)生以下的反應:
4NH3 + 5O2 →4NO + 6H2O (2)
當溫度低于800℃時,NH3與NO的反應速度很慢;當溫度高于1050℃時反應式(2)會逐漸起主導作用,當溫度高于1300℃時NH3轉(zhuǎn)變?yōu)镹O的趨勢會變得明顯。該工藝脫硝效果穩(wěn)定且效率高，投資少，結(jié)構(gòu)簡單，便于維護，脫硝效果高于分級燃燒及選擇性非催化還原技術單項實用的的效果。
SNCR氨水工藝流程圖
3. SNCR現(xiàn)狀
大連某水泥2012年11月建設一、二線脫硝改造項目，該項目主要包括氨水儲存罐4個;氨水調(diào)配、輸送系統(tǒng)2套;霧化噴槍2套;霧化控制系統(tǒng)2套;電氣控制柜系統(tǒng)2套;控制模塊、接DCS系統(tǒng)相關設備2套，采用選擇性非催化還原技術( SNCR )。該項目于當年年底建成投用。
對采用SNCR技術可達到的NOx排放量總結(jié)如下：
即使在NOx初始濃度高的情況下，NOx達到800mg/m3，NH3/NO摩爾比常小于1，NH3漏失量小。NOx達到500mg/m3，通常還原劑的注入量要高于化學計量值(NH3/NO>1)，這樣會使直接操作時NH3排放量略微增加。NOx達到200mg/m3，初始濃度要低，通常NH3/NO摩爾比要高，大于2，大部分情況下會出現(xiàn)較多的NH3漏失。
根據(jù)還原劑的利用率隨脫硝效率的變化曲線可以看出，當脫硝效率超過55%時，還原劑的利用率會大幅度下降，因此，比較經(jīng)濟的運行效率為55%以下。
還原劑利用率脫硝效率的變化曲線
SNCR脫硝效率可以達到60%甚至更高的脫硝效率，但SNCR比較經(jīng)濟的脫硝效率是在55%以下，如控制50%的脫硝效率，可以將NOX的排放濃度控制在400mg/m3(滿足《水泥工業(yè)大氣污染物排放標準》(GB4915-2013)規(guī)定的大氣污染物排放限值)。因此選擇SNCR脫硝最經(jīng)濟。
如果控制脫硝效率50%提高到60%，NOX的排放濃度400mg/m3降低到320mg/m3(滿足《水泥工業(yè)大氣污染物排放標準》(GB4915-2013)規(guī)定的大氣污染物特別排放限值)，還原劑利用率下降10%。因此片面追求SNCR脫硝效率只會大幅增加脫硝成本，選擇基本措施+選擇性非催化還原技術才能保證在NOX的排放濃度減少最經(jīng)濟。
4.基本措施
基本措施：水泥企業(yè)時生成一氧化氮的途徑主要有四種，即第一種熱力型NOX，它是燃料在水泥窯頭1400℃以上燃燒時會產(chǎn)生大量NOX;第二種瞬發(fā)型NOX，它是有碳氫根存在時，于火焰前端瞬發(fā)形成的NOX，一般這種瞬發(fā)NO生成量的比例很小;第三種燃料型NO，它是由燃料中所含的化學接合氮所產(chǎn)生的。第四種生料型NOX，它是由窯喂料中含氮的化合物分解后而形成的NOX，例如NH4等。在窯廢氣中NO2一般僅占NO+NO2總量的5%以下，NO則占總量的95%以上。
根據(jù)氮氧化物的生成機理，主要通過采用優(yōu)化窯和分解爐的燃燒制度、空氣分級燃燒、燃料分級燃燒和低氮燃燒器等方法降低煤粉燃燒過程中氮氧化物的生成量。
分級燃燒在分解窯燒成系統(tǒng)(預分解爐)階段，將燃燒所需的空氣量分成兩級送入，使第一級燃燒區(qū)內(nèi)空氣過剩系數(shù)小于1，燃燒生成的一氧化碳與氮氧化物進行還原反應，以及燃料氮分解成中間產(chǎn)物(如NH、CN、HCN和NHx等)相互作用或與氮氧化物還原分解，抑制燃料氮氧化物的生成。
2CO+ 2NO → 2CO2 + N2
NH+ NH → N2+ H2
NH+ NO → N2 +OH
工藝流程圖簡介
5.結(jié)論
采用選擇性非催化還原(SNCR)脫硝法降低NOX排放的措施是一個非常有效的途徑，但SNCR脫硝效率可以達到60%甚至更高的脫硝效率，但SNCR比較經(jīng)濟的脫硝效率是在55%以下，因此企業(yè)在煙氣脫硝方面還需重點關注基本措施，從源頭消減NOX，一是優(yōu)化窯和分解爐的燃燒制度;二是改變配料方案，摻用礦化劑以求降低熟料燒成溫度和時間，改進熟料易燒性;三是采用低NOX的燃燒器;四是在窯尾分解爐和管道中的分級燃燒技術。