引言

　　水泥工業(yè)是繼電力、機(jī)動(dòng)車之后的氮氧化物第三大排放源，按照國家"十二五"規(guī)劃要求，我國氮氧化物排放將在"十二五"時(shí)期下降10%，水泥工業(yè)脫硝工作勢在必行。國家環(huán)保部也明確指出水泥企業(yè)要推進(jìn)氮氧化物減排，走綠色發(fā)展的新型工業(yè)化道路，為響應(yīng)此號(hào)召，目前已有數(shù)家環(huán)保企業(yè)率先啟動(dòng)了水泥線氮氧化物減排工作，例如浙江衢州巨泰建材有限公司水泥生產(chǎn)線的進(jìn)口脫硝實(shí)驗(yàn)裝置、江蘇科行的寧夏平羅恒達(dá)水泥有限公司2500t/d水泥生產(chǎn)線和陜西聲威建材有限公司2500t/d水泥生產(chǎn)線兩個(gè)工程等。這些企業(yè)無一例外的共同選擇了SNCR作為水泥行業(yè)氮氧化物減排的關(guān)鍵技術(shù)。由此看來SNCR技術(shù)將成為我國水泥企業(yè)氮氧化物減排率先采用的低成本達(dá)標(biāo)排放技術(shù)方案。通過歐洲水泥線氮氧化物減排實(shí)踐證明，SNCR技術(shù)可以將水泥窯氮氧化物含量降低到500mg/Nm3以下。下表是意大利水泥集團(tuán)SNCR處理后的煙氣分析參數(shù)：

　　SNCR技術(shù)可以大幅度降低水泥窯氮氧化物排放量，但是需要良好的工藝設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，本文將從幾個(gè)影響SNCR脫硝效率的因素上分析。

　　1）不同脫硝劑的選擇

　　尿素和氨水對于SNCR來說具有不同的脫硝要求，氨水的反應(yīng)更直接，有著高效的去除率、較低氨逃逸和較高的化學(xué)反應(yīng)效率；尿素反應(yīng)更復(fù)雜，會(huì)形成笑氣、較高的氨逃逸和較高的CO形成。具體情況見圖1

　　圖1  氨水-尿素SNCR系統(tǒng)比較

　　由此可見，理論狀態(tài)下，氨水的最高脫硝效率可達(dá)到87%，尿素的最高脫硝效率約為81%，實(shí)際狀況下，正常的SNCR脫硝系統(tǒng)可達(dá)到的脫硝效率約為60%，尿素和氨水都是可供選擇的方案。

　　1）不同脫硝還原劑濃度對脫硝效率的影響

　　還原劑濃度的不同也是影響脫硝效率的關(guān)鍵因素之一，圖2列出了3種不同濃度尿素溶液的脫硝效率，正常情況下，最佳的尿素溶液濃度為5%左右，應(yīng)用于水泥行業(yè)，考慮到熱耗的影響，正常選擇8～10%。

　　圖2  不同濃度尿素溶液對脫硝效率的影響

　　1）不同脫硝溫度對脫硝效率的影響

　　氮氧化物還原反應(yīng)發(fā)生在一個(gè)特定的溫度范圍，稱之為溫度窗，溫度窗的選擇是非常重要的。較低的溫度條件下，易產(chǎn)生較高的氨逃逸率；在較高的溫度下，NH3又會(huì)發(fā)生分解，產(chǎn)生新的NOx。理論情況下，氨水的最佳反應(yīng)溫度為856℃，尿素溶液的最佳反應(yīng)溫度為893℃。具體影響見圖3。

　　圖3  不同溫度下二種還原劑脫硝效率比較

　　1）不同脫硝效率下對還原劑消耗量的影響

　　NSR是評價(jià)脫硝運(yùn)行成本中物料消耗的重要指標(biāo)。NSR是Normalized Stoichiometric Ratio的縮寫，意為理論氨氮當(dāng)量比。對于以尿素為還原劑來說：

　　一般來說，典型的NSR在0.5-3之間。由圖3中可以看出，脫硝效率隨著NSR值的增長而增長，當(dāng)NSR超過2以后，脫硝效率就不會(huì)有明顯的增長。以15%尿素溶液為例，NSR在1～2.0之間變化時(shí)，脫硝率由65%增加大84%，脫硝效率增加明顯，因?yàn)檫€原劑濃度增加，會(huì)使反應(yīng)進(jìn)行的更加充分，使還原劑還原NO的幾率增大，提高脫硝效率。當(dāng)NSR在2.0～2.5之間變化時(shí)，脫硝效率由84%增加大89%，NSR對脫硝效率的影響變小。隨著NSR的增加，反應(yīng)逐漸趨于飽和。

　　圖4  不同NSR對脫硝效率的影響

　　5）反應(yīng)不同反應(yīng)時(shí)間對脫硝效率的影響

　　在還原劑離開溫度窗口前SNCR的整個(gè)過程必須完成，這樣才能達(dá)到理想的脫硝效果。這些過程包括：

　?。?）從噴槍中射出的溶液與煙氣的混合

　?。?）尿素溶液中水的蒸發(fā)

　?。?）尿素中分解出NH3

　　（4）NH3再分解為NH2以及自由基

　　（5）NOx與NH2的反應(yīng)

　　所以說，延長還原劑在溫度窗口下的停留時(shí)間脫硝反應(yīng)就會(huì)更加充分。若想獲得理想的脫硝效率，還原劑的停留時(shí)間至少需要0.5秒。

　　圖5  不同反應(yīng)時(shí)間對脫硝效率的影響

　　由此可見，SNCR脫硝時(shí)間應(yīng)控制在0.5秒以上。噴槍的布置必須考慮此因素的影響，否則將會(huì)待會(huì)高的氨逃逸。

　　以上這些方面都是影響脫硝效率的關(guān)鍵因素，但也不限于此，還有諸如爐型、礦化劑、煤質(zhì)等影響因素。對于當(dāng)前的中國水泥行業(yè)來講，氮氧化物減排勢在必行，選擇合適的最佳可行性技術(shù)方案對企業(yè)的穩(wěn)定長期運(yùn)行起到關(guān)鍵的影響。SNCR作為技術(shù)成熟，運(yùn)行最為廣泛的水泥行業(yè)脫硝技術(shù)，不失為一種可供選擇的優(yōu)秀技術(shù)。但是由于中國水泥行業(yè)的影響巨大，特別是發(fā)達(dá)地區(qū)對環(huán)保要求的不斷提高，更加嚴(yán)厲的標(biāo)準(zhǔn)將相繼出臺(tái)。我們還需要開發(fā)出更加優(yōu)異的諸如高溫除塵技術(shù)和低溫催化劑技術(shù)水泥行業(yè)脫硝方案。

　　第一作者簡介：陳學(xué)功（1975年出生），男，本科，工程師，建材機(jī)械和工商管理專業(yè)。