川鐵水泥4000t/d水泥窯煙氣脫硝SNCR技術(shù)分享
國(guó)發(fā)【2011】26號(hào)文件即《國(guó)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(guó)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(guó)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(guó)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(guó)水泥協(xié)會(huì)、中國(guó)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)
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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 |
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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 |
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|
高溫風(fēng)機(jī)功率 |
kW |
3150 |
實(shí)際使用2700kW |
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高溫風(fēng)機(jī)壓頭 |
Pa |
7500 |
|
|
出口NOx排放濃度 |
mg/Nm3 |
400 |
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|
氨逃逸 |
ppm |
10 |
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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 |
720.6 |
721.5 |
730.5 |
764.8 |
749 |
708.1 |
802 |
|
NOx控制濃度 |
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(guó)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：
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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(guó)內(nèi)國(guó)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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