校门口小吃烧成系统中CO对SNCR系统运行效率的影响及应对措施
关凌岳;白鹤;沈洁;曹培
【摘 要】分析了当烧成系统煤燃烧不完全对SNCR系统运行效率的影响,结果表明:煤燃烧不完全使得窑尾烟气中CO浓度上升,会明显降低SNCR系统的脱硝效率,必须通过大幅提高SNCR系统的氨氮比从而满足环保排放要求(320 mg/m3,标况下),这样不仅大幅提高了系统运行成本,而且造成烟囱氨逃逸增加.通过调节雾化压力、调整喷布置、脱硝反应区温度等措施来降低系统运行氨水耗量.结果表明:雾化压力、喷布置对系统氨水耗量几乎没有影响,降低反应区温度可显著减小系统氨氮比,同时保持排放满足环保要求,说明反应区CO的存在会拉低SNCR系统的最佳温度窗口.
【期刊名称】《水泥工程》
【年(卷),期】2016(000)002
【总页数】5页(P19-23)
【关键词】SNCR效率;氨水耗量;CO浓度;反应温度窗口
【作 者】关凌岳;白鹤;沈洁;曹培
【作者单位】中材国际环境工程北京有限公司,北京100102;中材国际环境工程北京有限公司,北京100102;中材国际环境工程北京有限公司,北京100102;中材国际环境工程北京有限公司,北京100102
陈小春个人简历【正文语种】中 文
【中图分类】TQ172.6+2
SNCR选择性非催化还原技术具有工艺成熟、设备简易、建设运行成本低等优点，已广泛应用于水泥工业烟气脱硝领域。SNCR技术的还原剂通常采用氨水或尿素为还原剂，理论上达到最佳效率的反应温度窗口在860～1000℃；使用氨水作为还原剂脱硝效率可达到70%以上，同时烟囱氨逃逸不高于10cm3/m3，可避免还原剂浪费造成二次污染［1］。但是烧成系统窑尾烟气成分较为复杂，含尘量高，与烟气理想状态有较大差别，对SNCR系统的脱硝效率也会产生一定程度的影响。烧成系统内往往存在窑尾燃煤燃烧不完全的情况，导致窑尾烟气中CO浓度偏高；在已经投入使用的SNCR系统中，发现窑尾CO体积浓
度高于500×10-6时会对脱硝效率产生影响，同时系统氨水耗量会有所增加［2］，表明CO的存在对于NH3还原NO的反应产生了阻碍作用。本文选取了一条窑尾烟气中CO浓度偏高的特种水泥熟料生产线作为案例，分析了CO影响脱硝效率的机理，并结合相关机理对这一问题的应对措施进行了探讨，以期提高脱硝效率。
1.1　水泥窑基本概况
本文研究的水泥生产线设计产量为1200t/d，产品主要分为快硬硫铝酸盐熟料、超细硫铝酸盐熟料、超高强硫铝酸盐熟料三大系列。图1为烧成系统工艺流程图；分解炉为离线型，分解炉出口的烟气与窑尾烟气一同汇合后进入C5旋风筒。该生产线生产不同系列熟料时窑况存在一定差异，生产快硬硫铝酸盐水泥熟料（I型）、超细硫铝酸盐水泥熟料（Ⅱ型）、超高强硫铝酸盐水泥熟料（Ⅲ型）时基本窑况参数如表1所示。由表1可以发现该窑实际产量较设计产量低，且普遍存在脱硝反应区烟气CO浓度偏高的问题，生产快硬硫铝酸盐水泥时脱硝反应区温度相较其他两类熟料高。
1.2　SNCR系统运行数据
SNCR系统运行时主要参数有NOx排放值（按国标折算）、喷氨量、吨熟料氨水耗量、氨氮比（NSR）、脱硝效率等。其中NOx排放值和喷氨量两个由系统自带的数据记录仪及数显电磁流量计直接显示，其余参数需计算得出，具体计算公式如下：
（1）计算吨熟料氨水耗量。在本文中所用氨水浓度为20%，但进行吨熟料氨水耗量计算时浓度按25%核算，因此吨熟料氨水耗量为：
Mc=0.8mρ/M　（1）其中：m—喷氨量，m3/h，ρ—所喷氨水密度，kg/m3；M—熟料产量，t/h。
（2）计算氨氮比：其中：MNH3、MNO2—氨和二氧化氮的摩尔质量，g/ mol；m—喷氨量，m3/h；ρ—喷射用的氨水密度，kg/ m3；μ—氨水浓度，%；CO—窑尾烟气NOx浓度（折算国标值），mg/m3；VO—窑系统烟气总流量，m3/h。
（3）计算脱硝效率：
η=C/CO（3）其中：C—喷氨后窑尾烟气NOx浓度（折算国标值），mg/m3；CO—喷氨前窑尾烟囱烟气NOx浓度折算后的本底排放值，mg/m3
当NOx排放标准分别限定在320、200mg/m3时，对该水泥生产线三种熟料的SNCR系统运行数据进行了统计，结果如表2所示。
龙大谷由表2可以看出，当排放标准（标况下，全文同）限定在320mg/m3时，SNCR系统稳定运行后，采用定排放模式（此模式下SNCR系统根据设定的NOx排放值自动调节氨水喷射流量）可以将氮氧化物排控制在标准以下；煅烧超高强熟料（III型）时氮氧化物可降低到284.7mg/m3，脱硝效率达到70.1%，但存在氨水耗量过高的问题，吨熟料耗量均超过5kg。I、II、III型熟料的氨氮比分别达到4.23、2.96、1.93，不仅超过理论氨氮比1∶1，同时大幅超过煅烧普通硅酸盐熟料时的氨氮比1.5。当排放标准降低到200mg/m3后，SNCR系统稳定运行后可将氮氧化物排放值控制在标准以下，煅烧三种类型熟料窑尾监测氮氧化物排放值分别为192.4、190.1、184.2mg/m3，脱硝效率最高达到80.7%。但三种熟料吨熟料氨水耗量均超过8.5kg/t以上，其中最高达到15.2kg/t，氨氮比达到6.91，远超过理论值。祝福短信 朋友
表2数据表明，该水泥窑尽管通过SNCR技术可以将氮氧化物排放控制达标，且脱硝效率稳定在60%以上，甚至可以达到80%，但其存在氨水耗量过高，氨氮比远超理论值的问题。尤其在生产快硬硫铝酸盐熟料时氨水耗量和反应区温度明显高于另外两种熟料类型。结合
军训必备表1的窑况参数，发现脱硝反应区测得的CO浓度偏高可能是导致氨水耗量高的原因。因此接下来的研究以快硬硫铝酸盐熟料为基准，探索减少氨水用量的方法。
2.1　调节雾化压力对脱硝效率和氨水耗量的影响
调节雾化压力可以改变液滴粒径和喷射速度，随雾化压力增大，氨水液滴尺寸减小，喷射速度增加，理论上会增加液滴同烟气的接触面积，同时使液滴穿透距离提高，可以同最远端的烟气混合，从而提高脱硝效率，减少氨水耗量［3］。但是氨本身具有强烈的挥发性，在高温环境下氨水中的氨先以极快的速度挥发出来，再与烟气混合进行脱氮反应。氨的挥发和水的气化速率主要由反应区温度决定，受液滴尺寸和喷射速度影响较小，即不同雾化压力下喷射出的氨水液滴气化速率基本相同，因此与氨气混合效果也趋于一致。
对于熟料烧成系统而言，SNCR脱氮反应需在高温条件下完成［4］。本案例中喷的布置点位于C5顶部，竖直插入C5旋风筒内（如图2所示），反应区温度高于800℃，在这一温度区间下氨水液滴气化速率极快，因此调节雾化空气对其与烟气的混合几乎没有影响。
以快硬硫铝酸盐熟料为基准料调节，雾化压力调节范围从0.2～0.3MPa，具体的雾化压力
分别为0.2，0.25，0.3MPa，采用定排放模式喷射，排放标准限定在320mg/m3，喷氨数据见表3。从表3可以看出，在喂料量、喂煤量、反应区温度等窑工况参数波动不大，窑产量稳定的情况下，调节雾化空气压力对氨水耗量和脱硝效率无明显影响。
2.2　喷布置对脱硝效率和氨水耗量的影响
喷入口位于C5旋风筒顶部，如图3所示；从旋风筒烟气入口开始，沿烟气在旋风筒内流向，每隔约1.2m布置一个喷点，依次为#1～#4喷。对该窑C5旋风筒进口和出口温度统计后发现，在窑况稳定时，C5旋风筒进口的平均温度达到928℃，出口温度相应的为882℃。用热电偶标定#1～#4喷位置的平均温度依次为913，911，908，905℃。
以快硬硫铝酸盐熟料作为统计，采用定排放模式运行，雾化空气压力根据喷使用数量调节，在0.2～0.3MPa之间，排放标准设定在320mg/m3；表4为不同喷布置下的氨水用量。从表4可以看出，当窑况基本一致时，调节喷布置点和插入的喷数量对于氨水用量变化不明显；插入#3、#4喷其流量稍小于插入#1、#2喷的流量，单独插入#4喷时流量较单独插入#1时有所降低，该现象可能与喷所在位置的温度有关。
2.3　调整脱硝反应区温度
在调节喷布置和雾化压力不能明显降低氨水用量的情况下，决定对窑况进行调整。根据表1数据统计，虽然反应区温度在830～900℃之间，理论上处于SNCR系统高效运行的区间［4］，但在反应区处测得的φ（CO）范围在（2000～8000）×10-6，远远高于SNCR工艺理想条件下小于300×10-6的要求，而这可能是造成氨水用量过高的原因所在。
SNCR脱除NO的反应是由NH3转化为NH2基元开始［5］，整个过程中OH基元是维持链反应进行的关键，见图4。CO的产生是因为烧成系统中煤出现了不完全燃烧，表明系统的投煤量过高；在系统烟气量不变的情况下，会使脱硝反应区内氧含量下降，造成脱硝反应受阻［5］。由图4看出，氧气浓度降低使反应NH3+O⇌NH2+OH被抑制，导致OH自由基生成量减少，对NH3还原NO反应产生一定影响。另一方面，CO通过反应CO+OH⇌CO2+H消耗了大量OH自由基，而反应区为高温低氧环境，反应O2+H⇌O+OH被抑制，导致OH被CO的消耗速率远远大于生成速率，OH自由基数量减少使NH3还原NO的反应链受阻，致使脱硝效率降低，氨氮比上升，增加了SNCR系统的运行成本。
2.3.1　定排放模式下调整反应区温度
知行合一的意思以快硬硫铝酸盐熟料为基准，SNCR系统在定排放标准为320mg/m3下运行，只插入4号喷
。在烧成系统高温风机运行参数不变的情况下，脱硝反应区的温度主要通过调整窑尾喂煤量来调节。表5为不同温度下的喷氨量统计。