論SNCR脫硝技術(shù)的缺陷與解決措施
本文探討了SNCR脫硝技術(shù)氨逃逸的主要影響因素,并通過精準(zhǔn)的溫度選取及精細(xì)的自動控制將氨逃逸水平降至最低,從而解決了SNCR脫硝技術(shù)腐蝕設(shè)備的缺陷并降低了運行成本等。
1前言
自2013年9月份國務(wù)院頒布的“大氣十條”以來,各省、市政府持續(xù)發(fā)力推動空氣質(zhì)量向好的方向前行。作為地處佛山的陶瓷行業(yè)而言,經(jīng)歷了最為嚴(yán)格的2014年度陶瓷行業(yè)廢氣綜合整治任務(wù)和近年持續(xù)不斷的各級環(huán)保督查,環(huán)保時刻保持高壓態(tài)勢。
2017年,佛山陶瓷行業(yè)氮氧化物污染物限額標(biāo)準(zhǔn)由180mg/m3降至100mg/m3,為能達(dá)標(biāo),陶瓷企業(yè)大多引入了選擇性非催化還原(SNCR)煙氣脫硝技術(shù)。SNCR煙氣脫硝技術(shù)是成熟的經(jīng)濟的煙氣脫硝技術(shù),具有投資少、運行費用低、周期短等優(yōu)點,但存在氨逃逸二次污染及腐蝕設(shè)備等缺陷。因此,本文通過分析SNCR脫硝技術(shù)氨逃逸產(chǎn)生具體原因,并提出切實可行的措施加以控制,以減少氨逃逸二次污染、降低運行成本及避免設(shè)備的腐蝕。
2SNCR脫硝技術(shù)氨逃逸產(chǎn)生原因分析
SNCR法是把含有NHX基的還原劑,噴入爐膛溫度為850~1100℃區(qū)域,該還原劑迅速熱分解為NH3,并與NOX進行SNCR反應(yīng)生成N2和H2O。目前主要采用氨或尿素作為還原劑,其化學(xué)反應(yīng)如下:
該法脫硝效率在30~80%不等,脫硝效率的低下將會直接影響氨逃逸的產(chǎn)生,且由于氨具有腐蝕性,過多的氨逃逸會腐蝕設(shè)備,因此,必須實時保證脫硝效率在高點。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn),脫硝效率或氨逃逸主要與噴入點的煙氣溫度、自動控制水平有關(guān)。因此,通過CFD模擬,發(fā)現(xiàn)溫度對氨逃逸的影響如下圖:
上述模擬表明:當(dāng)溫度小于900℃時,氨逃逸隨著溫度的降低迅速增大;當(dāng)溫度大于900℃后,氨逃逸則迅速減少,并隨著溫度的增大逐步趨于最低水平。
當(dāng)然,若氨噴入量與煙氣工況條件未能實時匹配,比如,氨氮摩爾比增大或噴射不均等均會造成氨逃逸的增加。此類影響均可歸為自動控制水平不夠,未能根據(jù)實際工況條件進行匹配氨噴入量等。
因此,下面將重點從噴入點的精確選取和精細(xì)化自動控制兩大方面闡述如何有效控制氨逃逸。
3控制措施一:噴入點的精確選取
理論上SNCR煙氣脫硝技術(shù)的反應(yīng)溫度窗為850~1100℃,無論噴入點的煙氣溫度低于還是高于反應(yīng)溫度窗,均會造成脫硝效率低下、氨逃逸的迅速增加及腐蝕設(shè)備。為進一步獲取最佳的噴入點溫度,采用CFD模擬溫度對脫硝效率的影響,其關(guān)系曲線圖2所示:
為進一步驗證上述模擬結(jié)果,以陶瓷行業(yè)原料制粉工序一座5000型噴霧塔熱風(fēng)爐為例,熱風(fēng)爐燃料為水煤漿,在熱風(fēng)爐中軸線上從水煤漿噴槍處往上依次在1.5m、3.3m、4.8m處取噴入點,并在噴入點處各安裝一支尿素溶液噴槍,伸入塔內(nèi)距離一致。脫硝測試結(jié)果如下表1。
從實驗結(jié)果來看,SNCR脫硝存在最佳的反應(yīng)溫度窗,結(jié)合模擬結(jié)果,可得出最佳的反應(yīng)溫度窗應(yīng)該在950~1030℃??紤]到脫硝劑采用尿素溶液,噴入的尿素溶液首先得吸取部分熱量進行分解成NH3,因此,最佳的噴入點煙氣溫度應(yīng)該適當(dāng)調(diào)高些,在970~1030℃之間最為合理。
實際選擇噴入點位置時,應(yīng)結(jié)合設(shè)備工況,因當(dāng)生產(chǎn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)發(fā)生較大變動時,應(yīng)重新選擇噴入點。如熔塊窯,生產(chǎn)不同產(chǎn)品所需的溫度差異較大(1350~1600℃不等),造成熔塊窯蓄熱室中的煙氣溫度波動較大。因此,建議在安裝點安裝溫度監(jiān)控,當(dāng)監(jiān)控溫度離開最佳的反應(yīng)溫度窗,應(yīng)結(jié)合實際情況考慮是否在不同位置加裝噴氨噴頭與溫度監(jiān)控,以便根據(jù)實際生產(chǎn)情況進行切換噴氨噴頭系統(tǒng)。
4控制措施二:精細(xì)化自動控制
控制氨逃逸的另一關(guān)鍵措施是精細(xì)化自動控制,它能夠讓噴氨量實時與煙氣工況相匹配,使得氨逃逸水平降到最低(小于8ppm)。精細(xì)化自動控制包括三部分:脫硝劑制備與存儲系統(tǒng)、自動增壓輸送控制系統(tǒng)和良好的噴射系統(tǒng),示意圖如圖3。
4.1脫硝劑制備與存儲系統(tǒng)
此系統(tǒng)的關(guān)鍵在于能夠穩(wěn)定提供恒定濃度的脫硝劑溶液,首先將脫硝劑(尿素)加入定量加藥罐中,配置一定濃度的脫硝劑溶液(具體比例依據(jù)實際情況確定)并加以攪拌均勻,再通過PLC液位執(zhí)行程序自動控制水泵給藥至使用罐。
4.2自動增壓輸送控制系統(tǒng)
自動增壓輸送控制系統(tǒng)是整個精細(xì)化自動控制的核心,其目的就是采用煙氣在線監(jiān)控氮氧化物實時數(shù)據(jù)來控制脫硝劑噴入量,以實時匹配煙氣實際工況。首先從煙氣在線監(jiān)控實時數(shù)據(jù)中取得氮氧化物實測值信號和氧含量實測值信號(信號一般為4~20mA的電流信號),并送至PLC中;其次通過人機界面設(shè)定氮氧化物折算值控制范圍(80~95mg/m3)、偏差量報警值等;最后由PLC執(zhí)行程序輸出變量至變頻器控制脫硝增壓泵流量,以達(dá)到最佳的氨噴入量。這里需說明的是變頻器小于一定頻率后,會出現(xiàn)噴霧壓力不夠,因此,需根據(jù)實際情況確定變頻器下限頻率。以下為一座5000型水煤漿噴霧塔脫硝自動控制電路設(shè)計圖(見圖4,共3張)。
4.3優(yōu)良的噴射系統(tǒng)
好的噴射系統(tǒng)不僅要求噴槍霧化效果(包含噴射覆蓋面恰當(dāng)、均勻霧化等)突出,而且要求做好噴槍的耐熱保護(一般情況均在噴槍外加一套筒進行保護)。這里建議在噴槍前面增加電接點壓力表與自動滑動模塊,當(dāng)電接點壓力表低于某一壓力時即探測到噴槍前存在管道堵塞時,噴槍可自動退出高溫設(shè)備。
4.4測試結(jié)果
對脫硝系統(tǒng)進行精細(xì)化控制后,脫硝劑(尿素)的使用量降低約1/3,原先1座5000型水煤漿噴霧塔一個班需加500kg尿素才能確保氮氧化物均值小于100mg/m3,改造后同一批次水煤漿燃料條件下一個班只需330kg尿素即可滿足要求,且改造后測取氨逃逸數(shù)據(jù)為6.8ppm、脫硝效率為67%。具體數(shù)據(jù)見表2。
5結(jié)論
針對SNCR脫硝技術(shù)分析其氨逃逸產(chǎn)生主要原因,采取精準(zhǔn)的溫度(970~1030℃)與選取精細(xì)的自動控制可以有效降低氨逃逸(基本不超過8ppm)、提高脫硝效率(>65%),同時避免因過量的氨逃逸導(dǎo)致設(shè)備的腐蝕等。