灵寿县中山水泥有限责任公司
窑尾烟气脱硝技术方案
2012年10月
1、前言
氮氧化物（NOx）是在燃烧工艺过程中由于氮的氧化而产生的气体，它不仅刺激人的呼吸系统，损害动植物，破坏臭氧层，而且也是引起温室效应、酸雨和光化学反应的主要物质之一。世界各地对NOx的排放限制要求都趋于严格，而火电厂、垃圾焚烧厂和水泥厂等作为NOx气体排放的最主要来源，其减排更是受到格外的重视。
我公司的新型干法水泥生产线，在设备选型的过程中已选择了氮氧化物产生量小的新型燃烧器，但随着国家对烟气排放标准要求的日益提高，根据河北省环保厅要求，我公司决定对窑尾烟气进行脱硝(SNCR)治理，现将我公司的脱硝技术方案简单介绍一下。
2、选择性非催化还原法（SNCR）技术介绍
2.1 SNCR工作原理
选择性非催化还原(SNCR)脱硝工艺是将含有 NHx 基的还原剂(如氨气、 氨水或者尿素等)喷入炉膛温度为900℃-1100℃的区域，还原剂通过安装在屏式过热器区域的喷枪喷入，该还原剂迅速热分解成 NH3和其它副产物，随后 NH3 与烟气中的 NOx 进行 SNCR 反应而生成 N2和H2O。 2.2 SNCR系统组成
SNCR脱硝系统主要由还原剂存储与制备、输送、计量分配、喷射系统和电气控制系统等几部分组成。 2.3 SNCR工艺流程
SNCR的典型工艺流程为：还原剂—>锅炉/窑炉（反应器）—>除尘装置—>引风机—>烟囱。还原剂一般以尿素（或氨水）为主，尿素被溶解制备成浓度为50%的尿素溶液，经输送泵送至计量分配模块，与稀释水模块送过来的水混合，尿素溶液被稀释至10%，通过计量分配装置精确分配到每个喷枪，然后经过喷枪喷入炉膛，实现脱硝反应。如下图所示：
2.4 SNCR反应过程 1、NH3 作为还原剂： 4NO+4NH3+O2—>4N2+6H2O 2NO+4NH3+2O2—>3N2+6H2O 6NO2+8NH3—>7N2+12H2O 2、尿素作为还原剂：
CO(NH2)2+ 2NO→ 2N2+CO2+2H2O CO（NH2）2+ H2O—>2NH3+CO2 4NO+4NH3+O2—>4N2+6H2O 2NO+4NH3+2O2—>3N2+6H2O 6NO2+8NH3—>7N2+12H2O 2.5 SNCR技术特点 SNCR技术特点：
1、脱硝效率可达30~40% 2、氨逃逸较高8~12ppm 3、系统简单，投资省
4、无催化剂，运行费用省 5、占地面积小
SNCR技术投资成本低，建设周期短，脱硝效率中等，比较适用于缺少资金的
发展中国家和适用于对现有中小型锅炉的改造。这种技术的不足之处就是 NOx的脱除效率不高，氨逃逸比较高。所以单独使用 SNCR技术受到了一些限制。
SNCR法不使用催化剂，采用炉膛喷射脱硝，氨还原NO在900-1100℃这一狭
窄温度范围内进行。喷入的氨与烟气良好混合是保证脱硝还原反应充分进行、使用最少量氨达到最好效果的重要条件。 2.6 SNCR工艺的经济性分析
SNCR工艺以锅炉炉膛为反应器，可通过对锅炉外围的改造来实现对烟气的脱硝，工程建设周期短，其投资成本和运行成本与其它脱硝技术相比都是比较低的，因此非常适合对现有锅炉进行改造，特别适合于中小型锅炉的脱硝改造。一方面在较低投资条件下有效提高了脱硝的效率，另一方面，也很好的控制了氨逃逸。
3、我公司采用的SNCR技术方案
3.1 设计参数 设计条件 数值 1 2 3 4 5 6 7 8
备注 新型干法窑 5000 540000 烟囱出口处，折算10% O2干基 烟囱出口处，折算到NO2在10%氧含量下的干基浓度 烟囱出口处，折算到NO2在10%氧含量下的干基浓度 水泥炉窑类型 水泥熟料产量（t/d） 烟气流量（Nm3/h） 原始氮氧化物浓度（mg/Nm3） 800 要求排放氮氧化物浓度320 （mg/Nm3） 氮氧化物去除率 还原剂喷射处的烟气温度 温度区域停留时间 60% 850-950℃ 1-2 sec.
9 要求氨逃逸（mg/Nm3） <10 折算到10%氧含量下的干基浓度 3.2 SNCR系统工作条件和执行标准 3.2.1 系统工作条件
还原剂 氢氧化铵 NH4OH (<25 % 氨水溶液) 设计室外温度 -25 到 +45 º 设计室内温度 0 到 +45 º
安装条件 还原剂储存模块、还原剂加注模块、紧急喷淋、还原剂输送
模块安装在室外、系统其余部分安装在室内。
电机电压 400 VAC 3相 50 Hz 控制部分电压 230 VAC 50 Hz 仪表电压 24 VDC 3.2.2 执行标准 GB 4915-2004 《水泥工业大气污染物排放标准》 GB16297-1996 《大气污染物综合排放标准》 GBZ1-2002 《工业企业设计卫生标准》 GBJ87-1985 《工业噪声控制设计标准》 SH3022-1999 《石油化工企业设备与管道涂料防腐设计与施工规范》 GB50049-1994 《小型火力发电厂设计规范》 DL/T5190.5-2004 《电力建设施工及验收技术规范 第5部分：热工仪表及控制装置》 GB50093-2002 《自动化仪表工程施工及验收规范》 DL/T5072-2007 《火力发电厂保温油漆设计规程》 GB/T18153-2000 原水电部《电力工业技术管理法规》《机械安全 可接触表面温度 确定热表面温度限值的工学数据》 98/37/EC 欧盟机械设备指令 97/23/EC 压力设备指令 73/23/EC 低压电气指令 89/336/EC 电磁兼容性指令 EN 60 204-1第 2类 工艺停止顺应电气指令 EN 12952-14 烟气脱硝系统的要求 3.4 工艺设备描述
3.4.1 还原剂储存模块 TM 模块数量: 1 容积: 120 m3 外形尺寸: ~ φ4.5mx8.0m
技术描述： 氨水储罐采用双层玻璃钢（FRP）储存罐；外层采用防紫外线层。 两个120m3设计容量可满足1条线一周存量（在最大连续工况）及其保证值脱硝效率，该储罐配有泄漏报警，呼吸阀，液位计和顶部液位满溢开关以及顶部压力变送器； 储罐安装在室外，考虑到安全因素，在罐区设有带紧急喷淋的洗眼器。
3.4.2 还原剂加注模块 PMF 模块数量: 1
外型尺寸: ~500x1000x1800 mm 重量: ~ 75 kg
技术描述： 氨水加注泵模块从氨水槽罐车中将氨水泵送入储罐。
该模块的组成如下：
•一台PPR材质自吸式离心泵，额定流量20m3/h，扬程20m，IP54电机转速1450rpm，功率约为2.2千瓦；
•支撑整个单元的不锈钢集水槽，并设有放净口； •IP65控制箱，控制氨水加注泵的启停；
•进出口管路及阀门，包括进出口带位置指示的手阀，进口Y型过滤器，和出口止回阀；
PMR靠近储罐，室外安装，泵入口配快接头，与氨水槽车用软管连接，同时回气管快接头与槽车顶部用软管连接；该模块为就地操作，泵的启停和储罐溢出保护检测联锁。
3.4.3 紧急喷淋 ES
20%~25%氨水为弱腐蚀性化学品，具有刺鼻气味，出于安全及卫生考虑，紧急喷淋系统安装在还原剂罐区。
3.4.4 还原剂输送模块 PMR 模块数量: 1
尺寸(深x宽x高): ~ 405x995x1860 mm 重量: ~90 kg
技术描述： 氨水输送泵模块将氨水储罐内的25%氨水输送至喷射混合模块(PU)； 一个不锈钢多级离心泵，名义功率约1.5 kW，名义流量1 m3/h； 支撑整个单元的不锈钢集水槽，并设有放净口；
IP65控制箱，包括氨水储罐液位显示，顶部带罐区氨水泄漏声光报警，内置分布式I/O模块，与控制管理模块（CMM）通过PROFIBUS进行通信；
进出口管路、仪表及阀门，包括进口自动开关阀，泵出口压力变送器，泵循环回路及旁路；
PMR靠近储罐，室外安装； 本模块采用远程自动启停，同时现场可作强制就地操作；
3.4.5 混合分配模块(供6组喷枪) PU6
模块数量： 2 (每条线6套) 尺寸(深x宽x高): 500x1000x2100 mm 重量: 250 kg
技术描述： 喷射混合模块控制氨水和软水的定量混合和定向分配，该模块的组成如下：
标准工业仪表柜，内置所有的管道及仪表，底部放置接液盘，内置分布式I/O模块，与自动控制模块通过PROFIBUS进行通信，电气及控制元件置于有机玻璃箱中，顶部安装氨水泄漏声光报警；
氨水进口管路，包括进口开关阀，电磁流量计，调节阀；
清洗旁路管道，在每次氨水停喷后，自动开启让软水清洗氨水喷射管路； 分配管路，分配到喷射器，包括手阀，开关阀，流量开关及现场压力表； 混合分配模块安装在靠近喷射位置的平台处（通常为分解炉上部平台处）；为保护内部仪表及电气元件须考虑极端环境温度低于50℃。
3.4.6 喷射模块
喷射器数量： 12套
安装位置： 分解炉和C5之间的烟道 （烟气温度在850~950C） 技术描述：采用固定式喷枪，利用法兰固定在烟道侧壁，喷射器为SNCR专用双相流雾化喷枪，采用硬钪镍合金作为喷嘴。喷射的距离和范围以及雾滴尺寸可以调节。可以达到最大φ2mX5m的锥形喷射范围。 使用压缩空气压力：1.5-2.5 barg
压缩空气用量：< 每支喷枪20kg/h（包括冷却和雾化）
喷射器通过柔性软管与还原剂和压缩空气相连。带有弹簧锁扣的快速插拔接头便于快速巡查喷头状况。具有可调节的空气进气口喷射。
3.4.7 控制管理模块 CMM 模块数量: 1
尺寸(深x宽x高): 500x800x2100 mm 重量: ~150 kg
技术描述： 控制管理模块安装有智能PLC Siemens S7-300，分布式I/O，
PROFIBUS总线通信。CMM 全自动控制、管理、协调和监控所有工艺功能。与中控制上位机通信，接受来自该上位机的信号，精确计算喷射量，定点给出还原剂量。
操作界面使用工艺流程图便于操作和管理系统，可以选择就地、远程模式；在远程模式下，操作指令可以通过DCS发出。
正常运行模式是全自动的，也可以在手动模式下运行，操作人员可以从操作终端对系统进行人工控制。 所有的电气控制原件都装配在一个IP65的盘柜内；
3.4.8 软水制备模块 （可选）
模块数量: 1
尺寸(深x宽x高): ~600x1250x1400 mm 空重: ~100 kg 填重： ~400kg
技术描述： 软水器采用普通自来水作为原水，由2个交替使用的离子交换树脂，盐箱以及管道增压泵构成，通过再生与离子交替运作原理连续运行，树脂再生自动启动并使用食盐，再生的频率取决于制备水量和原水硬度。当原水通过离子交换床形成钙，镁离子会被交换成钠离子。
软水器再生和冲洗需要后置排水。
软水用量：1m3 /h ( 间歇运行，用于还原剂管路冲洗) 软水水质：3－5barg H<0.1odh {硬度<1.78ppm (CaCO3)}
备注：在工厂内无软水或脱盐水提供的情况下使用 ，如果压力不够还需增加增压泵，使进入混合模块的压力要大于 0.4 MPa
3.5 控制和自动化
SNCR系统是可以与整厂DCS系统通信的独立全自动运行系统。为了达到高的保障率，所有机械设备顺应欧盟的指令，提供全自动监控服务。当出现意外时，系统将报警并停机，所有SNCR系统的监控信号均可以在整厂DCS中显示。
3.5.1 还原剂储存模块 TM
当需要向储罐中加注还原剂时，报警信号 低液位报警
作为泵的保护措施，低低液位报警，系统停机 储罐中的实际液位信号
溢流报警，停止加注操作，仅限于就地 两级气体报警，较高时停止系统
加注时，储罐进口阀门位置报警，阻断加注泵
3.5.2 还原剂输送模块 PMR 泵的运行模式信号(运行、停止) 泵低压报警 泵高压报警 实际泵压力信号 进口阀门位置报警 出口阀门位置报警
3.5.3 混合分配模块 PU 还原剂低流量报警 还原剂高流量报警 还原剂实际流量信号 水低流量报警 水高流量报警 水实际流量信号 还原剂、水高压报警 还原剂、水低压报警 还原剂、水实际压力信号 校对不正确报警
两级气体报警，较高时停止运行 进口阀门位置报警 每个喷射器低流量报警 每个喷射器高流量报警 持续监测每个喷射器流量 每个喷射器进口阀门位置信号
3.5.4其他
低压压缩空气报警，停止运行 不正确设定报警
设定和实际值偏离太大，报警
PLC硬件监测报警 系统停机报警
4 技术经济指标
水泥产量 5000t/d
烟气量 540000Nm3/h,@10% O2干基 NOx原始值 800mg/Nm3,NO2@10% O2干基 脱硝效率要求 60%
折算产量单耗 Rmb/t熟料 折算去除NOx单耗 Rmb/kgNOx 1.74 小时单耗 单价 小时消耗 Kg/h 保证值耗25%氨量 Rmb/t Rmb/t 年运行费 Rmb/a 300天计 3,240,000 说明 600 750 515 52 45 450 2.16 水消耗 预期运行值耗量 燃煤额外消耗 Max Min 386.3 36.4 31.5 2,781,000 262,080 226,800 3,502,080 1.85 0.17 0.15 2.33 2.01 1.49 0.14 0.12 1.88 1.61 燃煤热值 5500Kcal/kg 700 保证值情况下，运行费用 预期运行值情况下，运行费用 3,007,800 备注：
1、燃煤消耗属于是喷入还原剂溶液后，导致烟气产生的热损失，需要用额外的燃煤热值补充；
2、压缩空气、软水及用电的费用占不到总运行成本的5%，此表不单独列出； 3、氨水、燃煤的单价变化较大，只作为参考。
脱硝工程投入使用后，每年可减少NOx排放1866吨，环境效益十分明显，
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