歐洲水泥脫硝環(huán)保技術(shù)分享

　　SNRC系統(tǒng)的基本信息

　　目前，很多水泥窯的氮氧化物（NOx）排放水平都超過未來的環(huán)保規(guī)定 。法孚皮拉德公司的NeutriNOx 系統(tǒng)為降低氮氧化物排放水平和滿足 未來排放要求，即2001/81號歐盟指令規(guī)定的500 mg/（n）m3@10% O2  vol. dry eq NO2. Cf提供了妥善的解決方案。

　　解決方案以選擇性非催化還原（SNCR）脫硝方法為基礎(chǔ)，利用氨水或尿 素還原反應(yīng)減少煙氣中的氮氧化物，只有使用Rotaflam LoNOx?低氮氧 化物水泥窯燃燒器才能把水泥工藝過程中的氮氧化物降到歐盟指令要求的排放水平。然后把稀釋的尿素或氨水溶液直接噴入高溫?zé)煔?，達(dá)到減排目的：

　　選擇性非催化還原的原理：

　　用氣態(tài)氨NH3在高溫下（800℃和1100℃之間）還原燃燒過程中產(chǎn)生的一氧化氮和二氧化氮（統(tǒng)稱氮氧化物），發(fā)生如下反應(yīng)：

　　4 NO + 4 NH₃ + O₂→4 N₂ + 6 H₂O（R1）

　　6 NO₂ + 8 NH₃→7 N₂ + 12 H₂O（R2）

　　5 O₂ + 4 NH₃→4 NO + 6 H₂O（R3）

　　反應(yīng)R1和R2是主要反應(yīng)。溫度超過980℃以后，反應(yīng)R3不僅不能降低氮 氧化物的濃度，還生成更多的氮氧化物，導(dǎo)致整體脫硝效率下降，具體如下圖所示：

　　因此，必須在氣體處于最佳反應(yīng)溫度時(shí)噴入尿素或氨水溶液。脫硝效率是兩個(gè)參數(shù)——溫度和分子比（NH3/初始氮氧化物）的函數(shù)，在960℃ 左右效率最大，如改進(jìn)分子比，還可以進(jìn)一步提高脫硝效率。

　　用尿素代替氨水的原因，可以通過下列任何一種方式獲得還原劑液態(tài)氨（NH3）：

　　濃度10~35%（m/m）的氨水溶液。在歐洲，濃度超過25%（m/m）的氨水溶液屬危險(xiǎn)品，需要遵守極其嚴(yán)格的存儲和搬運(yùn)安全規(guī)定；或者濃度25~45%（m/m）的尿素溶液CO（NH2）2。溫度超過200時(shí)℃，尿素發(fā)生 如下分解反應(yīng)：

　　CO（NH2） 2 + H2O→CO2 + 2 NH3（R0）

　　從理化性能來看，尿素使用起來更安全也更方便。而氨水溶液的效率一般高于尿素。

　　因此，法孚皮拉德公司在水泥廠NeutriNOx 系統(tǒng)中同時(shí)使用了尿素和氨水溶液基礎(chǔ)產(chǎn)物。選擇尿素溶液還是氨水溶液主要看產(chǎn)品價(jià)格、本地 化學(xué)品供應(yīng)商的供貨情況以及預(yù)期的溫度范圍。

　　NeutriNOx 系統(tǒng)的主要成分是氨和尿素。

　　從溶液槽到噴射器，法孚皮拉德公司提供完整的安裝服務(wù)，并且專門制訂了全面的工程流程。

　　現(xiàn)場測量與煙氣流量建模

　　法孚皮拉德公司通過現(xiàn)場溫度監(jiān)控確定充分、適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)區(qū)（為現(xiàn)有工廠）。然后計(jì)算煙氣余量，利用CFD（Fluent）軟件模擬反應(yīng)區(qū)的速度和溫度剖面圖。

　　噴霧建模與化學(xué)品和流量建模

　　二期工作包括反應(yīng)區(qū)內(nèi)的噴霧建模、顆粒建模和效率優(yōu)化：法孚皮拉德  “NeutriNOx ”SNCR系統(tǒng)以下列方式優(yōu)化噴射器數(shù)量及其位置/滲入點(diǎn) （一個(gè)或多個(gè)）

　　噴射器和噴霧器

　　法孚皮拉德公司的噴射器是專門開發(fā)的專利產(chǎn)品，產(chǎn)生的霧滴非常細(xì)， 使尿素/氨水與氮氧化物顆粒發(fā)生下列反應(yīng)。

　　每個(gè)噴射霧化器都能根據(jù)風(fēng)道位置、風(fēng)道直徑等操作參數(shù)改變穿透力。

　　噴射器的穿透力指（溶液-空氣）乳化液噴射到相應(yīng)軸上的噴射沖力， 反映了霧化器的射流按下列方式穿透和混合主要煙氣流的能力。

　　憑借高效的噴射器；

　　工程階段對霧化器的開孔數(shù)、角度等進(jìn)行優(yōu)化的可能性；

　　調(diào)試階段不改變噴霧器，而通過噴霧空氣用量和/或用水量的調(diào)節(jié)優(yōu)化噴霧參數(shù)的可能性；法孚皮拉德公司的霧化裝置（流體霧化型）和 NeutriNOx 系統(tǒng)能夠保證最大的穿透力，使反應(yīng)區(qū)達(dá)到最佳混合擴(kuò)散效果，從而極大地降低煙鹵排放NH3的風(fēng)險(xiǎn)。此外，還可以通過 NeutriNOx 控制系統(tǒng)設(shè)置參數(shù)。

　　法孚皮拉德公司NeutriNOxSNCR系統(tǒng)說明

　　系統(tǒng)包括溶液槽、控制柜、滑架以及設(shè)有數(shù)個(gè)噴霧器的2級噴槍。

　　尿素/氨水溶液可以先與水混合，以提高噴射器調(diào)節(jié)比，增加射流穿透力，然后經(jīng)噴射器噴射，霧化器霧化。根據(jù)CFD建模結(jié)論設(shè)置6至10個(gè)溶液噴頭，分1級、2級或2級以上安裝在分解爐內(nèi)。一般分兩級安裝噴頭。一級噴頭的作用是覆蓋最大的表面，達(dá)到最長的停留時(shí)間，二級噴頭的作用是優(yōu)化反應(yīng)，提高效率。

　　通過煙鹵內(nèi)的氮氧化物排放直接控制溶液流量。對水量進(jìn)行控制，確保最大的噴射效率。這種配置能保持最大的穿透力，便于精確地控制煙鹵內(nèi)的氮氧化物排放。

　　除了溫度剖面圖、燃燒器和生料入窯位置以外，還考慮了燃燒器負(fù)荷、窯尾煙氣中的一氧化氮和二氧化氮的含量、二次風(fēng)溫及煙鹵的NH3排放值等參數(shù)，以便在工程階段和調(diào)試階段優(yōu)化尿素/氨水溶液。

　　必須根據(jù)氨水溶液或尿素溶液對溶液槽進(jìn)行內(nèi)部加熱或內(nèi)部冷卻。

　　法孚皮拉德公司可提供卸料裝置和溶液槽。對溶液槽的溫度控制和尿素 濃度進(jìn)行定義，防止尿素溶液凍結(jié)和/或結(jié)晶。在大多數(shù)情況下，推薦 在NeutriNOx 工藝中選用40%濃度的溶液。

　　另一方面，氨水的蒸汽壓力非常低。因此，必須仔細(xì)確定氨水濃度，防止溶液槽出現(xiàn)氣化現(xiàn)象，在這種情況下，必須對溶液槽進(jìn)行冷卻。一般情況下，氨水濃度最好不超過25% （m/m），設(shè)計(jì)溶液槽和輸送系統(tǒng)時(shí)，避免采用危險(xiǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。

　　應(yīng)用成果

　　法孚皮拉德公司已經(jīng)在一些工廠安裝了NeutriNOx  SNCR系統(tǒng)。

　　法孚皮拉德公司以工程流程為基礎(chǔ)，有條不紊地實(shí)施了一系列全面的溫度測量工作，并隨后進(jìn)行了全面的FLUENT模擬，以最大程度地提高ITC Salerno工廠的現(xiàn)場脫硝反應(yīng)效率。法孚皮拉德公司通過分解爐反應(yīng)區(qū)溫度剖面圖和速度剖面圖的分析以及尿素噴射的優(yōu)化（涉及噴射點(diǎn)、噴 射器數(shù)量以及角度、速度、水濃度、射流穿透力等參數(shù)的選擇）確定專用噴射器的理想位置，確保最大的噴霧細(xì)度以及日后的調(diào)節(jié)（射流沖力、角度和孔數(shù)選擇等）。

　　系統(tǒng)在亞洲實(shí)現(xiàn)了第2次應(yīng)用。由于水泥生產(chǎn)線的產(chǎn)能較大（約5000噸每天），工程階段安裝了兩級噴射器，每級6個(gè)。2006年3月調(diào)試期間進(jìn)行優(yōu)化，確定運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)，以便在自動模式下取得最佳效果。法孚皮拉德公司采用了與ITC Salerno工廠相同的模擬方法。以自動模式運(yùn)行 NeutriNOx 系統(tǒng)，確保煙鹵內(nèi)的氮氧化物排放保持在設(shè)定值的正負(fù)5%范圍內(nèi)，使尿素/氨水用量達(dá)到最佳水平。

　　結(jié)論

　　憑借這項(xiàng)全新技術(shù)，法孚皮拉德公司能優(yōu)化尿素/氨水溶液用量，達(dá)到氮氧化物排放要求，避免溶液過量，從而在保持脫硝效率不變的情況下，節(jié)約溶液量達(dá)25%左右（與未經(jīng)優(yōu)化的方法相比）。在財(cái)務(wù)上即表示，日產(chǎn)量3225噸的水泥窯每年的氮氧化物還原成本為12萬歐元（按40% （m/m）尿素溶液，90歐/噸計(jì)算）。