1现有SNCR脱硝工艺流程简介伊犁青松南岗建材有限责任公司的伊犁水泥厂拥有一条2500t/d熟料生产线,主要设备为4m60m回转窑,带单系列五级低压损旋风预热器和HFC分解炉组成,分解炉直径为6000mm,生产线带有低温余热发电系统,装机容量为6MW。其预分解炉C1筒出口烟气量最大2.6105Nm3/h,温度在350~400℃

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水泥窑炉烟气SNCR脱硝工艺参数的优化研究

2016-09-02 16:31 来源: 水泥 作者: 车蜀涛等

1现有SNCR脱硝工艺流程简介

伊犁青松南岗建材有限责任公司的伊犁水泥厂拥有一条2500t/d熟料生产线,主要设备为Φ4m×60m回转窑,带单系列五级低压损旋风预热器和HFC分解炉组成,分解炉直径为Φ6000mm,生产线带有低温余热发电系统,装机容量为6MW。其预分解炉C1筒出口烟气量最大2.6×105Nm3/h,温度在350~400℃,烟气中NOx浓度为800mg/Nm3左右。为满足窑炉烟气NOx的达标排放,公司于2013年投资建成SNCR系统,系统采用浓度25%的氨水作为还原剂。其工艺流程为氨水储罐中浓度25%的氨水经水稀释混合、计量后,由喷枪高压喷入分解炉,其中的NH3与烟气中的NOx发生还原反应生成N2和H2O排放。脱硝系统主要设备按模块化进行设计,主要包括氨水卸载模块、氨水储罐模块、氨水输送模块、软水储罐模块、软水输送模块、PLC集中控制模块、压缩空气分配模块、氨喷射模块、氨逃逸检测模块等。但在运行初期由于实际经验和管理方面的原因,导致设备运行不稳定,出现NOx排放浓度和氨水消耗量超标等问题。

公司在对设备进行进一步检修和优化的基础上,也组织技术力量对SNCR系统的运行参数做进一步的优化,分析各因素对脱硝率的影响,使SNCR系统能够安全、稳定、经济地运行。

2试验方法及结果讨论

2.1分析检测方法

优化试验主要在现有的建成设备上进行,主要考察氨氮摩尔比、氨水浓度、喷氨高度、喷氨角度、喷氨压力等因素。NOx浓度采用烟气在线检测仪测定,以烟气中的NOx去除率来表征优化脱硝效果。NOx去除率的计算公式如下:

2.2氨氮摩尔比对NOx去除率的影响

在氨水浓度为13.0%,喷射高度为8m,喷射角度为60°,喷射压力为0.4MPa,喷射速率为40m/s的条件下,n(NH3):n(NOx)对NOx去除率的影响见图1。

由图1可见,NOx去除率随氨氮摩尔比即n(NH3):n(NOx)的增加而逐渐提高,这是因为随n(NH3):n(NOx)的增加,将有更多的NH3可以与烟气中的NOx反应,促使更多的NOx转化为N2和H2O。当n(NH3):n(NOx)小于1.4时,NOx去除率提高的速度较快;当n(NH3):n(NOx)等于1.4时,NOx去除率达到90%以上。继续增加n(NH3):n(NOx)至大于1.4时,NOx去除率增加缓慢,这是因为此时烟气中大部分NOx已被还原,再增加NH3的量,对去除率影响不大。故综合考虑成本因素与去除率的平衡,n(NH3):n(NOx)为1.2左右比较合适。

2.3氨水浓度对NOx去除率的影响

在n(NH3):n(NOx)为1.2,喷射高度为8m,喷射角度为60°,喷射压力为0.4MPa,喷射速率为40m/s的条件下,稀释后氨水质量百分比浓度对NOx去除率的影响见图2。

由图2可见,NOx去除率随氨水浓度的降低而提高。其原因为在保持n(NH3):n(NOx)一定时,氨水浓度越低,则喷入的氨水体积越大,同时需要的雾化空气量也越多,使氨水与烟气有更加充分地接触,提高了二者混合的均匀度,使得NH3与NOx的反应更加充分,提高了NOx去除率。但NH3与NOx的反应对温度较敏感,同时原料的分解也需要较高的温度,氨水浓度越小,则喷入预分解炉的水分越多,这会降低预分解炉内的温度。故在保证NOx去除率达到80%的基础上,选择氨水的浓度在13%~14%较为合适。

2.4氨水喷射高度对NOx去除率的影响

在n(NH3):n(NOx)为1.2,氨水浓度为13.0%,喷射角度为60°,喷射压力为0.4MPa,喷射速率为40m/s的条件下,氨水喷射高度对NOx去除率的影响见图3。

由图3可知,在氨水喷射高度为0~8m范围内,NOx去除率随喷射高度的增加而提高,8~30m范围内,NOx去除率随喷射高度的增加而降低。这是因为NOx浓度在预分解炉内是非平均分布的,在喷氨高度较低时,虽然预分解炉的温度较高,有利于NOx的还原反应快速进行,但此高度范围内的NOx浓度较低。同时,在较高的温度下,还原剂NH3本身也容易被氧化为NOx而增加总体的NOx浓度,故总体上来说NOx去除率不高。在分解炉高度为7~8m的地方,NOx浓度达到较大值,同时,此处的温度也满足NH3与NOx反应对温度的要求,故在保持氨氮摩尔比等条件一定的情况下,此高度处NOx去除率达到最大值。在喷氨高度超过8m后,虽然NOx浓度不断提高,但此段分解炉的温度随高度的提高而降低了,不利于NOx还原反应的快速进行,故此高度范围内,NOx去除率随高度的增加而减小。从总体来看,喷氨高度保持在7~8m较合适。

2.5氨水喷射角度对NOx去除率的影响

在n(NH3):n(NOx)为1.2,氨水浓度为13.0%,喷射高度为8m,喷射压力为0.4MPa,喷射速率为40m/s的条件下,氨水喷射角度对NOx去除率的影响见图4。

由图4可知,NOx去除率在喷射角度为60°时达到最大值。低于60°时,NOx去除率随喷射角度的增加而提高,高于60°时,NOx去除率随喷射角度的增加而降低。这是因为,在其他条件不变的情况下,喷射角度与氨水和烟气的混合均匀度有关,当喷射角度为60°时,还原剂氨水与NOx的混合更充分、均匀,从而促进还原反应的进行,提高了NOx的去除率。建议工程应用中保持喷射角度在50°~70°之间。

2.6氨水喷射压力对NOx去除率的影响

在n(NH3):n(NOx)为1.2,氨水浓度为13.0%,喷射高度为8m,喷射角度为60°,喷射速率为40m/s的条件下,氨水喷射压力对NOx去除率的影响见图5。

由图5可以看出,NOx去除率在喷射压力为0.4MPa时达到最大值。低于0.4MPa时,NOx去除率随压力的提高而提高,高于0.4MPa,NOx去除率随压力的提高而降低。这是因为,在其他条件不变的情况下,一定压力范围内,喷射压力提高有助于氨水液滴雾化,从而提高液气混合的均匀度,提高NOx去除率。从提高去除率与节约能源的角度来说,喷射压力保持在0.35~0.4MPa较好。

2.7氨水喷射速率对NOx去除率的影响

在n(NH3):n(NOx)为1.2,氨水浓度为13.0%,喷射高度为8m,喷射角度为60°,喷射压力为0.4MPa的条件下,氨水喷射速率对NOx去除率的影响见图6。

由图6可知,当氨水的喷射速率在20~40m/s时,NOx去除率随喷射速率的增加而提高,在40m/s时达到最大值;喷射速率在40~80m/s时,NOx去除率随喷射速率的增加而降低。这是因为,喷射速率较低时,氨水的运动距离有限,不能与烟气充分混合,NOx去除率较低。喷射速率太高时,导致与烟气的接触时间缩短而使NOx去除率降低。故喷射速率保持在40m/s左右较好。

3优化参数的应用效果

以伊犁水泥厂2500t/d水泥窑炉SNCR烟气脱硝工程为例,采用前述的优化试验参数进行NOx去除率的实际工况测试,即在n(NH3):n(NOx)为1.2,氨水浓度为13.0%,喷射高度为8m,喷射角度为60°,喷射压力为0.4MPa,喷射速率为40m/s的条件下,SNCR脱硝系统实际运行状况为:烟气量为2.3×105Nm3/h,NOx初始浓度为720mg/Nm3,脱硝后烟气NOx浓度为240mg/Nm3,25%氨水耗量约370L/h,实际脱硝效率为66.7%,氨逃逸浓度保持在4~5mg/Nm3。各项运行指标满足标准,并有余量满足生产工艺负荷变化。

原标题:水泥窑炉烟气SNCR 脱硝工艺参数的优化研究

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