1前言

自2013年9月國(guó)務(wù)院發(fā)布的大氣十條以來(lái)，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(lái)持續(xù)的各級(jí)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(jì)的煙氣脫硝技術(shù)，具有投資少、運(yùn)行費(fèi)用低、周期短等優(yōu)點(diǎn)，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(guò)分析SNCR脫硝技術(shù)氨逃逸產(chǎn)生具體原因，并提出切實(shí)可行的措施加以控制，以減少氨逃逸二次污染、降低運(yùn)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(guò)多的氨會(huì)腐蝕設(shè)備，因此必須實(shí)時(shí)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(diǎn)的煙氣溫度、自動(dòng)控制水平有關(guān)。因此，通過(guò)CFD模擬，發(fā)現(xiàn)溫度對(duì)氨的逃脫的影響如下:

上述模擬顯示，溫度在900℃以下時(shí)，氨的逃脫隨著溫度的降低而迅速增大，溫度在900℃以上時(shí)，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(shí)時(shí)匹配，例如氨氮摩爾比的增大和噴射不均勻，氨的逃脫就會(huì)增加。此類(lèi)影響均可歸為自動(dòng)控制水平不夠，未能根據(jù)實(shí)際工況條件進(jìn)行匹配氨噴入量等。

因此，重點(diǎn)從噴射點(diǎn)的正確選擇和精細(xì)化自動(dòng)控制兩個(gè)方面來(lái)說(shuō)明如何有效地控制氨的逃脫。

3控制措施1:噴射點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)溫度，采用CFD模擬溫度對(duì)脫硝效率的影響，其關(guān)系圖2顯示，

為了進(jìn)一步驗(yàn)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(xiàn)從水煤漿噴射處向上依次在1.5m、3.3m、4.8m取噴射點(diǎn)，噴射點(diǎn)各設(shè)置尿素溶液噴射槍?zhuān)�進(jìn)入塔內(nèi)距離一致。脫硝測(cè)試結(jié)果如下表1。

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)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(diǎn)的煙氣溫度應(yīng)適當(dāng)提高，在970~1030℃之間最合理。

實(shí)際選擇噴射點(diǎn)的位置時(shí)，根據(jù)設(shè)備的狀況，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)發(fā)生很大變動(dòng)時(shí)，必須重新選擇噴射點(diǎn)。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(dòng)很大。因此，建議在安裝點(diǎn)安裝溫度監(jiān)測(cè)，當(dāng)監(jiān)測(cè)溫度離開(kāi)最佳反應(yīng)溫度窗時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況考慮是否在不同位置安裝氨噴頭和溫度監(jiān)測(cè)，以便根據(jù)實(shí)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(dòng)控制

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

4.1脫硝劑的制備和儲(chǔ)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(shí)際情況決定)攪拌均勻，通過(guò)PLC液位執(zhí)行程序自動(dòng)控制泵的給藥

4.2自動(dòng)增壓運(yùn)輸控制系統(tǒng)

自動(dòng)增壓運(yùn)輸控制系統(tǒng)是整個(gè)精細(xì)化自動(dòng)控制的核心，其目的是在線(xiàn)監(jiān)視氮氧化物的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，控制脫硝劑的噴射量，實(shí)時(shí)匹配煙的實(shí)際情況。首先，從煙氣在線(xiàn)監(jiān)視的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)中獲得氮氧化物的實(shí)時(shí)測(cè)量信號(hào)和氧含量的實(shí)時(shí)測(cè)量信號(hào)(信號(hào)一般為4~20mA的電流信號(hào))，送到PLC，然后在人機(jī)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(bào)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(shuō)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(dòng)控制電路設(shè)計(jì)圖(見(jiàn)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(diǎn)壓力表與自動(dòng)滑動(dòng)模塊，當(dāng)電接點(diǎn)壓力表低于某一壓力時(shí)即探測(cè)到噴槍前存在管道堵塞時(shí)，噴槍可自動(dòng)退出高溫設(shè)備。

4.4測(cè)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(lái)5000型水煤漿噴霧塔的班級(jí)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(jí)需要330kg尿素具體的數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

5結(jié)論

對(duì)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(dòng)控制，可以有效地降低氨逃脫(基本上不超過(guò)8ppm)，提高脫硝效率(>；65%)

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