1前言

自2013年9月國務(wù)院發(fā)布的大氣十條以來，各省、市政府繼續(xù)推進(jìn)空氣質(zhì)量向好的方向發(fā)展。作為位于佛山的陶瓷行業(yè)，經(jīng)歷了最嚴(yán)格的2014年度陶瓷行業(yè)廢氣綜合整備任務(wù)和近年來持續(xù)的各級環(huán)境審查，環(huán)境保護(hù)始終保持高壓狀況。

2021年，佛山陶瓷行業(yè)氮氧化物污染物限額標(biāo)準(zhǔn)從180mg/m3降至100mg/m3，為了達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，陶瓷企業(yè)大多引進(jìn)了選擇性的非催化還原(SNCR)煙霧脫硝技術(shù)。SNCR煙氣脫硝技術(shù)是成熟經(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，但存在氨逃生二次污染和腐蝕設(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)氨逃生原因分析

SNCR法將含有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，與NOX進(jìn)行SNCR反應(yīng)生成N2和H2O。目前主要采用氨和尿素作為還原劑，其化學(xué)反應(yīng)如下:

該方法的脫硝效率為30~80%，脫硝效率低直接影響氨的逃生，氨具有腐蝕性，過多的氨會腐蝕設(shè)備，因此必須實時保證脫硝效率高。研究表明，脫硝效率和氨的逃脫主要與噴射點的煙氣溫度、自動控制水平有關(guān)。因此，通過CFD模擬，發(fā)現(xiàn)溫度對氨的逃脫的影響如下:

上述模擬顯示，溫度在900℃以下時，氨的逃脫隨著溫度的降低而迅速增大，溫度在900℃以上時，氨的逃脫迅速減少，隨著溫度的增逃脫逐漸達(dá)到最低水平。

當(dāng)然，如果氨的噴射量與煙氣狀況不能實時匹配，例如氨氮摩爾比的增大和噴射不均勻，氨的逃脫就會增加。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(jìn)行匹配氨噴入量等。

因此，重點從噴射點的正確選擇和精細(xì)化自動控制兩個方面來說明如何有效地控制氨的逃脫。

3控制措施1:噴射點的正確選擇

理論上，SNCR煙氣脫硝技術(shù)的反應(yīng)溫度窗為850~1100℃，噴射點的煙氣溫度低于反應(yīng)溫度窗，脫硝效率低，氨逃跑的快速增加和腐蝕設(shè)備為了進(jìn)一步獲得最佳噴射點溫度，采用CFD模擬溫度對脫硝效率的影響，其關(guān)系圖2顯示，

為了進(jìn)一步驗證上述模擬結(jié)果，以陶瓷行業(yè)原料制粉工序5000型噴霧塔熱風(fēng)爐為例，熱風(fēng)爐燃料為水煤漿，熱風(fēng)爐中軸線從水煤漿噴射處向上依次在1.5m、3.3m、4.8m取噴射點，噴射點各設(shè)置尿素溶液噴射槍，進(jìn)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℃。考慮到脫硝劑采用尿素溶液，噴射的尿素溶液必須首先吸收部分熱量分解為NH3，因此最佳噴射點的煙氣溫度應(yīng)適當(dāng)提高，在970~1030℃之間最合理。

實際選擇噴射點的位置時，根據(jù)設(shè)備的狀況，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)發(fā)生很大變動時，必須重新選擇噴射點。例如，窯一樣，生產(chǎn)不同產(chǎn)品所需的溫度差異很大(1350~1600℃不同)，熔塊窯蓄熱室的煙氣溫度變動很大。因此，建議在安裝點安裝溫度監(jiān)測，當(dāng)監(jiān)測溫度離開最佳反應(yīng)溫度窗時，應(yīng)根據(jù)實際情況考慮是否在不同位置安裝氨噴頭和溫度監(jiān)測，以便根據(jù)實際生產(chǎn)情況切換氨噴頭系統(tǒng)。

4控制措施2:精細(xì)化自動控制

精細(xì)化自動控制氨逃跑的另一個重要措施是精細(xì)化自動控制，使噴射氨量實時符合煙氣狀況，使氨逃跑水平最低(8ppm以下)。精細(xì)化自動控制包括脫硝劑的制備和存儲系統(tǒng)、自動增壓輸送控制系統(tǒng)和良好的噴射系統(tǒng)三個部分，如圖3所示。

4.1脫硝劑的制備和儲存系統(tǒng)

該系統(tǒng)的關(guān)鍵是能夠穩(wěn)定地提供一定濃度的脫硝劑溶液，首先將脫硝劑(尿素)放入定量加藥罐中，配置一定濃度的脫硝劑溶液(具體比例根據(jù)實際情況決定)攪拌均勻，通過PLC液位執(zhí)行程序自動控制泵的給藥

4.2自動增壓運輸控制系統(tǒng)

自動增壓運輸控制系統(tǒng)是整個精細(xì)化自動控制的核心，其目的是在線監(jiān)視氮氧化物的實時數(shù)據(jù)，控制脫硝劑的噴射量，實時匹配煙的實際情況。首先，從煙氣在線監(jiān)視的實時數(shù)據(jù)中獲得氮氧化物的實時測量信號和氧含量的實時測量信號(信號一般為4~20mA的電流信號)，送到PLC，然后在人機界面設(shè)定氮氧化物的折算值控制范圍(80~95mg/m3)、偏差量警報值等，最后從PLC執(zhí)行程序的輸出變量到變頻器控制脫硝增壓泵的流量，達(dá)到最佳的氨噴入量。這里需要說明的是，變頻器小于一定頻率后，噴霧壓力不足，因此需要根據(jù)情況確定變頻器的下限頻率。以下是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(hù)(一般情況均在噴槍外加一套筒進(jìn)行保護(hù))。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

精細(xì)控制脫硝系統(tǒng)后，脫硝劑(尿素)的使用量減少約1/3，原來5000型水煤漿噴霧塔的班級需要加入500kg尿素，確保氮氧化物的平均值在100mg/m3以下，改造后同一批水煤漿燃料條件下的班級需要330kg尿素具體的數(shù)據(jù)見表2。

5結(jié)論

對SNCR脫硝技術(shù)分析氨逃脫的主要原因，采用正確的溫度(970~1030℃)和精細(xì)的自動控制，可以有效地降低氨逃脫(基本上不超過8ppm)，提高脫硝效率(>；65%)

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