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水泥窑炉SNCR烟气脱硝工艺设计

关注:日期:2018-03-06

摘要:针对5000t/d熟料水泥生产线的特点和区域性燃煤的工业特性,在SNCR技术的基础上,设计了一套烟气量5.8×105Nm3/h,初始NOx排放浓度390~900mg/Nm3,脱硝后NOx排放浓度≥156~360mg/Nm3,氨逃逸浓度≤8mg/Nm3,还原剂(25%氨水)消耗量<632kg/h,脱硝效率≥65%,系统可用率98%的SNCR烟气脱硝系统。对5000t/d熟料水泥窑炉SNCR烟气脱硝系统的性能参数、工艺流程、主要组成部分和分散控制系统进行了设计及说明,此工艺可为国内水泥行业烟气脱硝工程的改造、设计提供借鉴和参考,实现低成本稳定脱硝,提高生产效率和企业竞争力。

引言

近年来,我国水泥行业发展迅速,同时带来诸如环境污染、能源消耗过大、企业过度竞争、行业经济效率低迷等一系列问题。水泥行业已成为居火力发电、汽车尾气之后的第三大氮氧化物排放大户,占全国氮氧化物排放总量的15%~20%。《水泥工业大气污染物排放标准》(GB4915-2013)(以下简称:标准)对水泥行业的NOx排放量做了初步规定,规定其排放限值为800mg/m3。根据“十二五”规划的要求,至2015年底,水泥行业氮氧化物的排放总量要比2010年下降10%。规划还要求水泥行业的新建生产线必须同时配套安装效率不低于60%的脱硝设备,以确保NOx的排放达到环保标准要求。

水泥窑炉是新型干法水泥生产线中的关键技术装备,同样也是水泥行业氮氧化物的主要排放源之一,其烟气具有温度高、风量大、NOx排放量大的特点。为标准水泥窑炉SNCR烟气脱硝工艺设计修订开展有关抽样调查获得的148个新型干法水泥窑氮氧化物排放数据,平均排放浓度为621.5mg/m3,其中约80%水泥窑平均排放浓度在500mg/m3以上。

针对5000t/d熟料水泥生产线的特点,本文在SNCR技术的基础上,设计了了一种烟气脱硝工艺。在确保排放达标的前提下,实现低成本稳定脱硝,提高生产效率和企业竞争力。

1SNCR烟气脱硝技术

选择性非催化还原(SNCR)是一种烟气脱硝技术,其原理是将氨还原剂在一定的温度窗口下与NOx发生选择性非催化还原反应,达到降低NOx排放量的效果。还原剂喷入炉膛温度为850℃~1100℃的区域,迅速释放出NH3气,与烟气中的NOx反应生成N2和水。SNCR烟气脱硝技术的脱硝效率一般为30%~60%,受锅炉结构、反应温度、喷枪位置、还原剂喷射量等因素的影响较大。

在无催化剂、温度为850℃~1100℃条件下,氨还原剂可选择性地还原烟气中的NOx,基本上不与烟气中的O2作用。主要反应机理见化学方程式①,若温度过高,NH3则被氧化成NO,见化学方程式②。

4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O①

4NH3+5O2→4NO+6H2O②

相对于选择性催化还原(SCR)技术,SNCR技术的脱硝效率较低,约为60%。但是,SNCR技术的成本只有SCR技术的1/5,且对水泥窑炉正常运行的影响较小。

2设计依据及主要技术参数

2.1设计依据

水泥行业回转窑炉的主要燃烧对象是燃煤,在物料烧制过程中,会产生大量的烟气,烟气中含有大量NOx。本SNCR烟气脱硝系统主要是为长期稳定确保5000t/d熟料水泥生产线水泥窑炉的NOx排放量达到环保标准而设计的,烟气参数见表1所示。生产线上每台窑炉的耗煤量为27.6t/h,所燃烧的煤种是产自福建清流县的无烟煤(掺加30%的烟煤),其工业分析见表2所示。

2.2性能参数

水泥窑炉SNCR烟气脱硝系统的主要设计的性能参数如下:

(1)脱硝入口烟气参数为设计值的条件下,温度>850℃时,脱硝装置NOx脱除效率不低于65%(从390~900mg/Nm3降至156~360mg/Nm3)。脱硝效率也称为NOx脱除率,其计算方法如下式:

其中:

C1——脱硝前烟气中NOx折算浓度(干基,10%O2),以O2计,mg/Nm3(标准状态);

C2——脱硝后烟气中NOx折算浓度(干基,10%O2),以O2计,mg/Nm3(标准状态)。

(2)氨的逃逸浓度≤8mg/Nm3(标准状态,干基,10%O2)。氨的逃逸浓度是指在脱硝装置反应区出口氨的浓度(标准状态,干基,10%O2)。

(3)脱硝系统仪用和杂用空气量:脱硝装置仪用空气量为0;杂用空气量为40~80Nm3/min。

(4)还原剂耗量:在满足NOx脱除率、氨的逃逸率等性能参数的前提下,SNCR系统25%的氨水的消耗量<632kg/h;最低连续运行烟温850℃;最高连续运行烟温1100℃。

(5)系统可用率≥98%。

其中:A——水泥窑炉每年总运行时间,7200h;

B——脱硝系统每年总停运时间,h。

(6)脱硝装置可用率≥98%。

其中:A—脱硝系统装置统计期间可运行小时数;

B—脱硝系统装置统计期间强迫停运小时数;

C—脱硝系统装置统计期间强迫降低处理等效停运小时数。


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