目前，国内水泥行业脱硝工艺处于大力推广阶段。本文结合公司已经投运的多条水泥窑炉生产线，基于20%浓度氨水作为还原剂的SNCR脱硝工艺，就还原剂喷入量的定量计算、还原剂喷入点的选择和脱硝效率估算等进行系统研究和介绍。
1 还原剂喷入量的定量计算
1.1 定量计算公式
根据化学反应关系式及运行项目现场实际物料消耗的反馈数据，总结出的还原剂喷入量定量计算公式如下：
式中：
qmNH3——消耗还原剂（氨水）的质量流量，kg/h；
M——标称化学摩尔比，根据反应温度和SNCR脱硝效率要求确定，经验系数；
CNOx——NOx含量（以NO2计，标态、干基、10%O2)，mg/m3；
qvg——烟气流量（标态、湿基），m3/h；
α——烟气中的实际氧含量，%；
CH2O——烟气中的水分含量，%；
W——氨水的质量浓度，%；
β——氨的逃逸率，ppm。
1.2 经验系数M的确定
由于氨和NOx的还原反应过程中，还同时存在氨的氧化分解等反应，导致实际反应的氨水消耗量较大，两种反应的占比和反应温度密切相关，很难从理论上来确定比例，对于工程项目而言，主要依靠试验和投运项目实际运行数据反馈来倒推经验系数的取值作为新建项目的设计依据。
对于氨逃逸率，行业标准要求为不超过10ppm，采集数据和试验过程中的原则为，在单个工况数据收集时间段内监测氨逃逸率，在不超过5ppm下（考虑系统余量），在某温度工况下持续加大氨水的喷射量，将测得的脱硝效率作为样本数据。水泥窑炉主要不同温度工况下的标称化学摩尔比-脱硝效率关系曲线见图1，由此可以方便地查找出不同温度和脱硝效率要求下的M值。
图1 标称化学摩尔比-脱硝效率关系曲线
2 还原剂喷入点的选择和脱硝效率估算
对于水泥窑炉SNCR工艺，喷枪布置位置通常可设置在分解炉中部或分解炉出口段，布置一层或两层喷枪，保证喷入的氨水和烟气充分混合、还原反应能顺利进行。
对于喷入点位置的确定，最主要的因素是选择合适的温度场位置，即分解炉中部至出口段位置的温度区间，通常在850~950℃之间。
反应温度对脱硝效率的影响关系巨大，试验总结出的反应温度-脱硝效率关系曲线见图2（采用氨水作为还原剂，在氨逃逸率不超过5ppm，将某运行温度下能达到的最大脱硝效率作为样本数据），从图中数据对比可看出，选择分解炉中部或分解炉出口段作为还原剂的喷入点位置，喷入点的温度区间能保证较高的脱硝效率，较为适宜。
图2 反应温度-脱硝效率关系曲线
根据测试数据得到的经验拟合公式如下：
Y=5 343.164 74-20.089 08X+0.024 75X2-9.924 51×10-6 X3(2)
式中：X——反应温度，℃；
Y——预测的最大脱硝效率，%。
对于某一具体项目，可以根据需要查图或者通过上述经验拟合公式计算，较为方便地预测水泥窑炉加装SNCR装置后可能达到的最大脱硝效率。
3 工程实例数据分析
公司参与建设并已经投运的部分水泥窑炉SNCR脱硝项目，现场实际运行数据和根据本文经验公式计算数据对比见表1。
表1 工程实例数据和根据经验公式计算数据对比
从表1对比数据来看，预期的脱硝效率和实际效果较为接近。对于氨水耗量，考虑到NOx浓度的波动、烟气量变化和分解炉温度变化等多方面原因，对应设备选型时，氨水最大喷射量可按M取值2.5进行计算，以此来保证有足够的余量作为现场调节手段（配置有稀释水系统和调节阀，实际的氨水浓度和喷射量在一定范围内可调）。
作者单位：徐州燃控科技股份有限公司
原标题：水泥窑炉SNCR脱硝计算研究
