臺泥英德公司總工程師曹國川

　　9月27日上午9時，由重慶、福建、廣東、廣西、貴州、湖南、海南、江西、四川、云南、香港、澳門等省區(qū)市水泥（建材）協(xié)會主辦，重慶市水泥協(xié)會承辦，三一重工股份有限公司協(xié)辦的第三屆泛珠三角水泥峰會在重慶隆重舉行。臺泥英德公司總工程師曹國川就降低NOx排放的實踐發(fā)表了專題發(fā)言。

　　一、前言

　　原料、燃料及燒成溫度等都會影響氮氧化物的產(chǎn)生。

　　燃燒溫度與NO、NO2生成量之關系

　　二、基本技術理念

　　目前De NOx技術約有下列三種：

　?。?）采用低NOx燃燒器。

　　改善一次空氣流量或速度來減少NOx產(chǎn)生，但因熟料制程1450℃的高溫需求及燃燒控制的難度，影響其效果。

　　（2）采用多段燃燒。

　　富燃缺氧方式來減少NOx產(chǎn)生，雖歐洲有部份較成功的實例，減量效率小于30%。

　?。?）采用選擇性非觸媒還原法（SNCR）（如<圖二>）為目前穩(wěn)定有效降低氮氧化物產(chǎn)生的方法。

　　圖二

　　三、選擇性非觸媒還原法SNCR（Selective Non - Catalytic Reduction ）

　?。ㄒ唬NCR技術概念

　　1、利用氨（NH3）或尿素（CO（NH2）2）以降低氮氧化物含量。

　　2、無論氨或尿素，皆必須噴射于900 ~ 1100 ℃之溫度范圍內(nèi)，才能使氮氧化物還原為氮氣（N2），因氨之搬運及儲存有溢漏至大氣之虞，選用以尿素為反應藥劑為較佳之選擇。

　?。ǘ?、在不添加催化劑之情形下將氨（NH3）或尿素（CO（NH2）2）等還原劑均勻噴入爐內(nèi)使廢氣中之氮氧化物還原成氮氣后再排入大氣。

　　SNCR主要反應如下：

　　2NO + CO（NH2）2十（1/2）02 →2N2十2H20+C02

　?。ㄈ?、影響SNCR效率之因素：

　　（1）反應溫度范圍：宜在900°~1100℃之間。

　?。?）滯留時間較長，反應效果較佳。

　?。?）NOx濃度水平：濃度越低，碰撞反應之機率則越低。

　?。ㄋ模⑹褂媚蛩刈魉巹┛赡墚a(chǎn)生之負面影響如下

　?。?）增加C02及CO氣體排放，其中C02屬于溫室效應氣體，CO則是另一空氣污染源。

　?。?）尿素儲存容易結(jié)硬。

　?。?）熟料生產(chǎn)成本的增加。[Page]

　　四、SNCR設備作業(yè)流程

　　各種不同還原劑使用特性比較

　　五、安裝施工及試車

　　1、在安裝上述設備之前：

　　供貨商即來廠收集溫度分布數(shù)據(jù)，并利用停窯期間，進行噴嘴位置挖孔安裝噴嘴管座，為因應找尋最佳噴藥點，故而多挖數(shù)孔備用，工程費用約48萬元人民幣，工期約1.5個月。

　　2、PH噴嘴安裝示意圖如<圖三>所示。

　　圖三

　　3、試車重點：

　　在對預先備妥之各噴嘴位置試噴藥劑，調(diào)整稀釋水 量、壓縮空氣量，以尋找最佳參數(shù)及噴藥點。

　　SNCR添加尿素測試結(jié)果

　　六、SNCR設備對燒成系統(tǒng)影響

　　根據(jù)我司安裝施工至試車后之經(jīng)驗，預期SNCR將對旋窯燒成系統(tǒng)各方面產(chǎn)生下述影響：

　　1、每公斤熟料增加耗熱13.88Kcal。

　　2、每噸熟料生產(chǎn)成本將增加人民幣4.5元 。

　　3、結(jié)皮增加：噴入之水與料?；旌希绊懶G通風，降低產(chǎn)量。

　　4、增加人力：噴嘴長期受高溫燒烤易損壞。

　　5、操作控制與氫氧化物排放監(jiān)測聯(lián)機，會有6~8分鐘延遲，其反應時間較長，線性控制不易，影響減量效率。

　　6、尿素溶液泡制時，溶解加熱時間過長，即每泡一桶尿素溶液并加溫至40℃須10小時

　　7、人工維修費用增加：須增加人工清理噴嘴及泡制尿素溶液。尿素溶液及稀釋水會增加排風機負荷，影響旋窯產(chǎn)能。

　　七、建議

　　SNCR方法于實際運用時尚有許多缺失尚待克服，除投資費用高外，操作成本亦十分龐大。因此，我司提出兩點建議如下：

　　1、對使用之尿素，參照農(nóng)用肥料予以補助，以降低業(yè)者龐大負擔。

　　2、對設有氮氧化物減量設備之廠商征收空污費時應予優(yōu)惠，以鼓勵業(yè)者投資設備之意愿。[Page]

　　附：強化懸浮預熱機（RSP）加熱過程中控制低量氮氧化物（NOx）排放標準

　　附列草圖“降低NOx 排放之基本概念（General Concept For Low NOx RSP）” 對本工程提供較廣泛系統(tǒng)設計的細節(jié)。

　　通常在RSP 系統(tǒng)中，SC爐的過量空氣大約是正常及穩(wěn)定操作狀態(tài)下流率的1. 05 至1. 10之間。

　　此外，在進入MC 爐入口之前，供應SC 爐的燃料有80% 會燃燒，剩余20% 尚未燃燒的燃料在denoxation Zone（在MC 爐較低的地方）將產(chǎn)生CO 或沒燃燒的炭來協(xié)助控制NOx 排放標準。然而在實際操作方面，必須在過量空氣及產(chǎn)生CO 之間取得平衡，以兔影響熱消耗。

　　另一方面因為存在生料或燃料中的揮發(fā)性物質(zhì)，在高CO 的狀態(tài)下可能發(fā)生揮發(fā)性物質(zhì)液化後沉積的現(xiàn)象，換句話說，想像不到的結(jié)皮麻煩在預熱帶（precalcination Zone） 也可能發(fā)生。

　　為了保持加熱過程（pyroprocess） 的安定性能，本方案采用了下列特殊的系統(tǒng)設計

　　1. 為了控制耗熱并使未燃燒的碳或CO 達到完全燃燒

　　2. 為了達到降低NOx 排放，除了對鍛燒爐的正常入料點（feed point）之外，生料進料被分成三部分進料，A 點、B 點、C 點。

　　3. 在RSP. 窯系統(tǒng)減少NOx 排放的效果

　　4.  按步驟操作。調(diào)整到 NOx 排放標準以下

　　依照下表敘述，按標準步驟操作，調(diào)整來獲得需要NOx排放標準

　　（a）標準步驟1

　　藉由調(diào)整從熟料冷卻機來三次空氣量，將在鍛燒爐（S.C）的空氣比設定在0.95，但是須特別注意02/CO 的值，特別是在最底階旋風筒的出口處。

　?。╞）標準步驟2

　　藉由調(diào)整從熟料冷卻機來三次空氣量，設定在鍛燒爐（S.C）的空氣比為0.90。

　　然而，在鍛燒爐（S.C）內(nèi)燃料的燃燒空氣應該不是很充足，為了使燃料在上昇管中充分燃燒，大約10% 的三次空氣，經(jīng)由分枝導管送至混燒室（MC）的出口處（如圖B點）。這樣的安排應該可以提供在S.C 爐內(nèi)燃燒所需的0. 95~ 1. 00 空氣比。[Page]

　　（c）標準步驟3

　　繼續(xù)步驟1 和2 之前調(diào)整的敘述，將藉由調(diào)節(jié)由燃料冷卻機來的三次空氣量在鍛燒爐（S.C）的空氣比率設定為0.80~0.85 。

　　在這個情形亦是一樣，即在S.C 爐內(nèi)的燃料空氣應該不是很充足為了使得在上昇導管的燃料可以完成燃燒，大約20% 的三次空氣被送至混燒室的出口處，這樣的安排應該可以提供S.C爐內(nèi)燃燒所須的0.95~1.00的空氣比。

　　然而，如果這里有一項限制的話，即在鍛燒爐（S.C）為了減少空氣因素，而增加SC 爐出口的未燃燒燃料量，甚至是在此種空氣比之下，這就可能導致結(jié)皮問題，生料的脫酸率不足情形。

　　為了避免上述問題，部份生料（20~30%）從4級旋風筒分料至鍛燒爐（S.C）出口導管（如圖A 點）和設置在混燒室出口特別的分枝導管上（如圖B點）。

　　（d）標準步驟4

　　假如操作調(diào)節(jié)上從步驟1~3 無法達成需要NOx 排放標準低於350ppm，那麼藉由調(diào)整從熟料冷卻機來的三次空氣量。

　　將鍛燒爐（SC）空氣比設定為0.75 ，為了使燃料在鍛燒爐（S.C）完全燃燒，將大約30% 的三次空氣分送至混燒室的出口，這樣的安排將可以提供在鍛燒爐（S.C）內(nèi)燃燒所須0. 95~ 1. 00 的總空氣比。

　　然而，如果這里有一項限制的話，即在鍛燒爐（s.C）內(nèi)為減少空氣因素，因而增加SC 爐出口未燃燒燃料量，這將導致結(jié)皮問題或是生料脫酸率不足情形。

　　為了避免上述問題，部份生料（20~30%）從4級旋風筒轉(zhuǎn)移至鍛燒爐（S.C）出口導管（如圖A 點）和設置在混燒室出口特別的分枝導管（如圖B點）

　?。╡）標準步驟5

　　標準步驟的調(diào)整提供較多的彈性來獲得比350ppm 更低的排放量，在這項調(diào)整步驟，我們建議將3 級旋風筒來的生料分料10%到入SB 爐的三次空氣管上（如圖C 點）。

　　并且在鍛燒爐（S.C）保持空氣比0.75，以及將30%從熟料冷卻機來的三次空氣通至燃燒室（MC）的出口處。

　　此外，從4 級旋風筒分料至鍛燒爐（S.C）出口（如圖A 點）及至特殊分枝導管（如圖B點），其分料比率均與標準步驟4 相同。