這項技術可以讓水泥廠隨意控制氮氧化物排放量

　　本文介紹了以氨水為還原劑，利用德國steag公司PIT智能高效選擇性非催化還原脫硝技術（heSNCR）在某水泥廠5000t/d生產(chǎn)線的應用實例。在同樣控制標準下，氨水用量減少了30-40%，同時NO_x小時均值可以分別平穩(wěn)地控制在200 mg/Nm₃、100 mg/Nm₃、50 mg/Nm₃以下，達到了水泥行業(yè)超低排放的要求。

　　一、智能高效脫硝系統(tǒng)heSNCR介紹

　　選擇性非催化還原（SNCR）是眾所周知的氣體脫硝方法。十幾年來，它已成功應用于水泥行業(yè)。基本工作原理是在合適的溫度下將還原劑如氨水注入煙道氣流中。還原劑與一氧化氮和二氧化氮反應，生成氮和水。

　　許多SNCR系統(tǒng)消耗超過理論最小量的還原劑以實現(xiàn)所需的還原，如果必須保持非常低的NO_X排放水平，氨水消耗幾乎總是呈指數(shù)級增加。此外，這通常會導致較高氨逃逸和氣味滋擾。

　　簡單的SNCR系統(tǒng)運行不理想主要有以下幾個原因：

　?。?）噴射系統(tǒng)的質(zhì)量不高；

　?。?）安裝的噴射器不能很好地覆蓋合適的噴射區(qū)域；

　?。?）還原劑向所有噴射器均勻分配；

　　（4）沒有充分考慮注入?yún)^(qū)域的實際氣體溫度；

　　PiT heSNCR 成功的解決了這些問題。 這最終導致了符合要求的二氧化氮限制，顯著降低還原劑的消耗量。

　　1、PIT-heSNCR噴嘴有效性的評估

　　采用機器學習完全數(shù)據(jù)驅(qū)動的方法來分析燒成系統(tǒng)，模擬特定工藝條件對現(xiàn)有SNCR噴槍效率的影響，幫助選擇合適的噴嘴和安裝位置。使氨水在NO_X含量高的區(qū)域蒸發(fā)、反應。避免不必要的氨逃逸（高效利用氨水）。實現(xiàn)盡可能高的NO_X去除率。

　　2、PIT-heSNCR預測系統(tǒng)

　　預測系統(tǒng)通過分析生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)，建立神經(jīng)網(wǎng)絡與機理模型，該模型能夠迅速準確的預測并在線輸出預測結(jié)果，NO_x/NH₃含量等。同時預測模型實時智能分析歷史數(shù)據(jù)，實時優(yōu)化預測模型，保持預測模型持續(xù)更新，降低工藝參數(shù)變化帶來的影響。預測系統(tǒng)可有效克服儀器檢測存在的數(shù)據(jù)缺損和滯后問題，為優(yōu)化控制提供數(shù)據(jù)支撐。

　　NO_x預測

　　3、PIT高效非催化脫硝控制系統(tǒng)

　　PIT-heSNCR已經(jīng)安裝在德國各地的許多不同工廠中。在中國的海螺集團白馬山水泥廠，西南水泥的四川國大水泥、四川國勝水泥也得到了很好的應用，NO_X可以分別控制在200 mg/Nm₃、100 mg/Nm₃、50mg/Nm₃ 以下穩(wěn)定運行，NO_X排放量減少60-90%。

　　系統(tǒng)設計

　　不同工況各噴槍的效率曲線，實時工況噴頭效率優(yōu)選

　　PIT投入前后對比

　　4、PIT高效非催化脫硝噴嘴

　　非催化反應中，還原劑被噴入具備最佳溫度窗口的區(qū)域。溫度過高或過低會生成額外的NO_x或造成氨逃逸。兩種情況都會降低效率。除了最佳溫度，其他參數(shù)如霧滴直徑和速度也很重要。只有采用恰當?shù)膰娮旌秃线m的控制原則，霧滴才能達到足夠的穿透深度，并保證還原劑在煙氣中的最佳分布。

　　本方案選用的雙流體氣力霧化噴嘴，采用了特殊設計的內(nèi)混合室。根據(jù)拉瓦爾原理，將氣液混合物加速至超聲速，同時產(chǎn)生極細小的霧滴，并具有較寬的調(diào)節(jié)比。氣/液比對霧滴尺寸具有重大影響，可根據(jù)現(xiàn)場工況，將霧滴尺寸調(diào)節(jié)至特定需求。對于不同的液體噴射量，可以相應地改變霧滴大小。通過在噴槍上加裝保護管和氣體保護套，可保護噴嘴免受高溫和腐蝕影響。尤其是在間斷運行的狀態(tài)下，噴嘴不會堵塞，具有 100%的運行可靠性。

　　5、控制單元（控制還原劑和霧化空氣）

　　系統(tǒng)高效運行離不開高品質(zhì)的精密監(jiān)測儀器和執(zhí)行器。秉承德國一貫嚴謹、精湛的制造工藝，本系統(tǒng)集成了高安全性、高可靠性、高精度德國原產(chǎn)的測量儀器和控制閥門，所有部件都集成成一個整體，便于現(xiàn)場安裝和維護。

　　二、智能高效脫硝系統(tǒng)heSNCR的應用情況

　　1、A廠5000t/d生產(chǎn)線智能高效脫硝系統(tǒng)應用情況

　　A廠5000t/d生產(chǎn)線高效SNCR脫硝系統(tǒng)運行后進行了為期六天的測試，測試期間生料喂料量在370-385t/h，熟料KH控制在0.891-0.897之間，SM在2.4-2.47，IM在1.34-1.42，配料較為穩(wěn)定。

　　高效SNCR脫硝系統(tǒng)噴槍布置情況如下：

　　測試期間，NOx濃度指標分別按200mg/Nm3、100 mg/Nm3、50 mg/Nm3三個指標進行控制。

　　三種不同控制指標情況下，氨水用量情況如下：

　?。?）NOx控制在200mg/Nm₃時，氨水實際用量為742L/h；

　?。?）NOx控制在100mg/Nm₃時，氨水實際用量為1169L/h；

　?。?）NOx控制在50mg/Nm₃時，氨水實際用量為1356L/h;

　　通過6天的測試情況可以看出，高效SNCR可以將NO_x控制在50mg/Nm₃，操作更為簡便。高效SNCR系統(tǒng)可實現(xiàn)精細化操作，操作簡潔，只需要輸入NO_x控制目標，即可自動進行調(diào)節(jié)，無需人為的干擾，減小操作壓力。

　　2、B廠5000t/d生產(chǎn)線智能高效脫硝系統(tǒng)應用情況

　　原脫硝系統(tǒng)與PIT智能優(yōu)化SNCR系統(tǒng)（heSNCR）的對比

　　深藍：煙囪的NO_X恒定

　　橙色：關閉老SNCR

　　淺藍：打開為heSNCR，氨水消耗明顯減少

　　heSNCR跟隨工藝波動

　　圖表顯示四對噴槍的氨水分配。分配不是固定的，每對噴槍的分配差異取決于熟料的工藝狀態(tài)。

　　三、小結(jié)

　　氨水消耗量的降低，得益于系統(tǒng)內(nèi)自帶的模型預測控制和機器學習分析軟件，通過采集水泥窯系統(tǒng)運行中的各種數(shù)據(jù)，提前預判NOx生成區(qū)域和產(chǎn)生量，再通過分配裝置上的各種高精度閥門儀表和噴槍，實現(xiàn)精準霧化噴氨。隨著系統(tǒng)的運行，收集數(shù)據(jù)的增多，系統(tǒng)自動分析數(shù)據(jù)后，實時調(diào)整各噴槍的效率曲線，自動實現(xiàn)實時工況噴頭效率優(yōu)選，進一步降低氨水用量。