論SNCR脫硝技術的缺陷與解決措施

本文探討了SNCR脫硝技術氨逃逸的主要影響因素，并通過精準的溫度選取及精細的自動控制將氨逃逸水平降至最低，從而解決了SNCR脫硝技術腐蝕設備的缺陷并降低了運行成本等。

1前言

自2013年9月份國務院頒布的“大氣十條”以來，各省、市政府持續發力推動空氣質量向好的方向前行。作為地處佛山的陶瓷行業而言，經歷了最為嚴格的2014年度陶瓷行業廢氣綜合整治任務和近年持續不斷的各級環保督查，環保時刻保持高壓態勢。

2017年，佛山陶瓷行業氮氧化物污染物限額標準由180mg/m3降至100mg/m3，為能達標，陶瓷企業大多引入了選擇性非催化還原(SNCR)煙氣脫硝技術。SNCR煙氣脫硝技術是成熟的經濟的煙氣脫硝技術，具有投資少、運行費用低、周期短等優點，但存在氨逃逸二次污染及腐蝕設備等缺陷。因此，本文通過分析SNCR脫硝技術氨逃逸產生具體原因，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備的腐蝕。

2SNCR脫硝技術氨逃逸產生原因分析

SNCR法是把含有NHX基的還原劑，噴入爐膛溫度為850~1100℃區域，該還原劑迅速熱分解為NH3，并與NOX進行SNCR反應生成N2和H2O。目前主要采用氨或尿素作為還原劑，其化學反應如下：

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生，且由于氨具有腐蝕性，過多的氨逃逸會腐蝕設備，因此，必須實時保證脫硝效率在高點。經研究發現，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。因此，通過CFD模擬，發現溫度對氨逃逸的影響如下圖：

上述模擬表明：當溫度小于900℃時，氨逃逸隨著溫度的降低迅速增大;當溫度大于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煙氣脫硝技術的反應溫度窗為850～1100℃，無論噴入點的煙氣溫度低于還是高于反應溫度窗，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，其關系曲線圖2所示：

為進一步驗證上述模擬結果，以陶瓷行業原料制粉工序一座5000型噴霧塔熱風爐為例，熱風爐燃料為水煤漿，在熱風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，伸入塔內距離一致。脫硝測試結果如下表1。

從實驗結果來看，SNCR脫硝存在最佳的反應溫度窗，結合模擬結果，可得出最佳的反應溫度窗應該在950～1030℃。考慮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該適當調高些，在970～1030℃之間最為合理。

實際選擇噴入點位置時，應結合設備工況，因當生產產品結構發生較大變動時，應重新選擇噴入點。如熔塊窯，生產不同產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控，當監控溫度離開最佳的反應溫度窗，應結合實際情況考慮是否在不同位置加裝噴氨噴頭與溫度監控，以便根據實際生產情況進行切換噴氨噴頭系統。

4控制措施二：精細化自動控制

控制氨逃逸的另一關鍵措施是精細化自動控制，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)。精細化自動控制包括三部分：脫硝劑制備與存儲系統、自動增壓輸送控制系統和良好的噴射系統，示意圖如圖3。

4.1脫硝劑制備與存儲系統

此系統的關鍵在于能夠穩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(具體比例依據實際情況確定)并加以攪拌均勻，再通過PLC液位執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

自動增壓輸送控制系統是整個精細化自動控制的核心，其目的就是采用煙氣在線監控氮氧化物實時數據來控制脫硝劑噴入量，以實時匹配煙氣實際工況。首先從煙氣在線監控實時數據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執行程序輸出變量至變頻器控制脫硝增壓泵流量，以達到最佳的氨噴入量。這里需說明的是變頻器小于一定頻率后，會出現噴霧壓力不夠，因此，需根據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計圖(見圖4，共3張)。

4.3優良的噴射系統

好的噴射系統不僅要求噴槍霧化效果(包含噴射覆蓋面恰當、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備。

4.4測試結果

對脫硝系統進行精細化控制后，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據為6.8ppm、脫硝效率為67%。具體數據見表2。

5結論

針對SNCR脫硝技術分析其氨逃逸產生主要原因，采取精準的溫度(970～1030℃)與選取精細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致設備的腐蝕等。