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SNCR烟气脱硝技术在水泥行业的应用

  水泥工业是继电力、机动车之后的氮氧化物第三大排放源,按照国家“十二五”规划要求,我国氮氧化物排放将在“十二五”时期下降10%,水泥工业脱硝工作势在必行。目前已有数家环保企业率先启动了水泥线氮氧化物减排工作,这些企业无一例外地选择了SNCR作为水泥行业氮氧化物减排的关健技术。由此看来,SNCR技术将成为我国水泥企业氮氧化物减排率先采用的低成本达标排放技术方案。SNCR技术可以大幅度降低水泥窑氮氧化物排放量,但是需要良好的工艺设计为基础。
 
SNCR烟气脱硝技术在水泥行业的应用_湖北锐意自控
 
  一、脱硝剂的选择
 
  尿素和水对于SNCR来说具有不同的脱硝要求,氨水的反应更直接,有高效的去除率、较低的氨逃逸和较高的化学反应效率;而尿素反应更复杂,会形成笑气、较高的氨逃逸和较高的CO形成。具体情况见图1。
 
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图1、氨水——尿素SNCR系统比较
 
  由此可见,理论状态下,氨水的最高脱硝效率可达到87%。尿素的最高脱硝效率约为81%,实际状况下,正常的SNCR脱硝系统可达到的脱硝效率约为60%,尿素和氨水都是可供选择的方案。
 
  二、不同脱硝还原剂浓度对脱硝效率的影响
 
  还原剂浓度的不同也是影响脱硝效率的关键因素之一,图2列出了三种不同浓度尿素溶液的脱硝效率,正常情况下,最佳的尿素溶液浓度为5%左右,应用于水泥行业,考虑到热耗的影响,正常选择8%-10%。
 
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图2、不同浓度尿素溶液脱硝效率比较
 
  三、不同脱硝温度对脱硝效率的影响
 
  氮氧化物还原反应发生在一个特定的温度范围,称之为温度窗,温度窗的选择非常重要。较低的温度条件下,易产生较高的氨逃逸率;在较高的温度下,NH3又会发生分解,产生新的NOX。理论情况下,氨水的最佳反应温度为856℃,尿毒溶液的最佳反应温度为893℃。具体影响见图3。
 
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图3、不同温度下两种还原剂脱硝效率比较
 
  四、不同脱硝效率下对还原剂消耗量的影响
 
  NSR是评价脱硝运行成本中物料消耗的重要指标。以尿素还原剂为例:
 
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  一般来说,典型的NSR在0.5-3之间。由图3可以看出,脱硝效率随着NSR值的增长而增长,当NSR超过2以后,脱硝效率就不会有明显的增长。以15%尿素溶液为例,NSR在1-2.0之间变化时,脱硝率由65%增加到84%,脱硝效率增加明显,证明还原剂浓度增加,会使反应进行的更加充分,使还原剂还原NO的几率增大,提高脱硝效率。当NSR在2.0-2.5之间变化时,脱硝效率由84%增加到89%,NSR对脱硝效率的影响变小。随着NSR的增加,反应逐渐趋于饱和。
 
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图4、不同NSR对脱硝效率的影响
 
  五、不同反应时间对脱硝效率的影响
 
  在还原剂离开温度窗口前SNCR的整个反应过程必须完成,这样才能达到理想的脱硝效果。这些过程包括:
 
  从喷枪中射出的溶液与烟气的混合。
 
  尿素溶液中水的蒸发。
 
  尿素中分解出NH3。
 
  NH3再分解为NH2以及自由基。
 
  NOx与NH2的反应。
 
  延长还原剂在温度窗口下的停留时间脱硝反应会更加充分。若想获得理想的脱硝效率,还原剂的停留时间至少需要0.5g,喷枪的布置必须考虑此因素的影响,否则将会形成较高的氨逃逸。
 
  六、结语
 
  以上这些方面都是影响脱硝效率的关键因素,但也不限于此,还有诸如炉型、矿化剂、煤质等影响因素。对于当前的中国水泥行业来讲,氮氧化物减排势在必行。选择合适的可行性技术方案对水泥企业的长期稳定运行将起到关键的作用。SNCR作为技术成熟、运行最为广泛的水泥行业脱硝技术、不失为一种选择。
 
(来源:工业过程气体监测技术
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