笔者以贵州科特林2500t/d生产线应用SNCR脱硝技术为例，分析SNCR系统在水泥烧成系统的应用技术和应注意的问题。
1SNCR脱硝技术
1.1脱硝剂
常用的脱硝剂主要是氨水和尿素。据统计，氨水在水泥行业的脱硝效率达到40%~80%，而尿素的脱硝效率平均为25%左右。尿素的分子结构和反应特性能使尿素在烟气中穿透的距离变长，反应窗温度为900~1100℃，比氨水高50℃，这就使得尿素在锅炉行业中使用较为普遍，但是对于水泥窑系统，900~1100℃的温度一般在烟室等部位，但是烟室的烟气停留时间短，脱硝剂与烟气中的NOx反应时间不够，因此水泥行业的脱硝剂还是以氨水为主。
1.2分解炉气氛
SNCR系统易在氧化气氛下进行，一般氧含量大于2%以上，脱硝效率会比较高。
1.3NSR值
通常表示为NH3/NO形式，简称NSR。理论上NH3与NO反应的物质的量比为1，即NSR=1。实际上由于扩散和副反应等原因，只有NSR>1时，才能取得较好的脱硝效率。而运行成本在很大程度上取决于还原剂的消耗量，因此好的脱硝系统需要控制较低的NSR值。从国内已投入运行的水泥厂来看，脱硝效率在40%~60%时，NSR约为1~1.85。
1.4脱硝工艺流程
每个脱硝厂家的工艺流程都不太一样，但是主要流程包括：脱硝剂的储存模块，脱硝剂的稀释模块，喷射模块和均分模块，也有部分厂家不用稀释模块，直接用买好的特定浓度的脱硝剂，这样省掉一部分稀释模块的设备费用。SNCR脱硝流程的主要功能就是将脱硝剂喷入到分解炉当中。主要设备的要点如下：
1）喷射压力
选定合适扬程和流量的泵，使得泵的出口压力要达到0.5MPa以上，否则压力不够，影响脱硝剂的雾化效果。喷射泵最好选择变频泵，便于调节流量。
同时在泵的出口选择比例阀，通过泵的变频电动机和比例阀阀门开度来调节主管路上的流量和压力。
2）均分模块一般喷枪的流量为90~500L/h，根据系统的喷氨量设计喷枪个数，每个喷枪支路上设置电动调节柱塞阀，使得各个喷枪的流量保持一致，不宜选择球阀，球阀的流量调节不线性，使得喷枪流量均分困难。
3）脱硝系统的泄漏
脱硝系统在喷氨前都需要用水进行试喷打压，整个管路的压力设计在1.8MPa，法兰连接处要求密封好，在试喷过程中注意检查管路的泄漏情况。
同时应在氨水灌区设置安全喷淋装置，一旦灌区有氨水泄漏，自动喷淋装置喷水，降低空气中的氨气浓度，保护人身安全。
4）电气控制
脱硝系统的电气控制主要是氨水喷入流量的调节，主管路压力的调节（电动机的频率的调节和阀门开度的调节），电动机的启停，阀门的开关以及各个喷枪流量的均分（同样也是流量的调节），储罐的液位、流量和NOx的浓度显示，等等。对于电气控制，脱硝系统主要做成定排放和定流量两种模式，所谓定排放就是通过PID调节模式，将水泥生产线的NOx的浓度调节至指定的排放浓度。定排放模式适用于烧成系统工况波动较大的情况，因为工况波动较小时，定排放模式会使电动机和各个阀门处于频繁的调节状态，使得其使用寿命下降，增加设备的故障率。而定流量模式适用于工况稳定的情况，通过电动机和阀门控制流量一定，脱硝系统较为稳定。
同时电气控制要实现连锁，对设备进行保护，如泵的启动，要使泵在启动前，泵的入口阀是打开的，防止泵空转、烧坏。
2脱硝设计案例分析
2.1概况
水泥生产线正常运行产量2700t/d，五级单系列预热器，烧成系统熟料热耗3114kJ/kg，折合标煤106kg/kg。分解炉出口温度约880~895℃，分解炉出口氧含量在3.03%左右，C5出口温度与分解炉出口温度接近，C1出口温度330℃，窑尾排风烟囱氧含量10.5%，排风烟囱风量约290000m³/h（标态，下同），排风烟囱处NOx浓度在860mg/m³。脱硝效率要求达到60%。NOx的检测点为窑尾排放烟囱。此烧成系统对脱硝有利的地方是分解炉喷点温度在880~890℃，而且C5出口温度与分解炉出口温度接近，反应时间充足，满足喷氨要求。
2.2脱硝设计参数
在分解炉的出口上游附近设计喷点6个，脱硝剂为氨水，喷入氨水浓度20%，采用双流体雾化喷枪，电气控制模式有定排放和定流量两种模式，设计氨水喷入量为0.6m3/h。
2.3测试结果分析
1）脱硝效率
不同氨水喷入量下的NOx浓度和脱硝效率见图1。
从图1可以看出，随着氨水喷入量的增加，NOx浓度下降，当喷入量到达0.85m³/h时，NOx浓度下降不明显。当脱硝效率在60%时，氨水喷入量在0.45m³/h，因此0.45m³/h的氨水喷入量达到了设计要求。而且此烧成系统最高脱硝效率可以达到86%，但要达到90%的脱硝效率还是比较困难的，此时喷氨量过大，氨水管道压力达到了0.73MPa。
2）NSR
不同氨水喷入量下的脱硝剂利用率见图2，不同氨氮比下的脱硝效率见图3。
脱硝剂的利用率=脱硝效率/NSR，它反映了脱硝剂的利用情况。从图2可以看出，当氨水喷入量大于0.75m³/h时，氨水的利用率偏低，喷入的氨水量偏大；当氨水的喷入量在0.5m³/h时，脱硝利用率最高。
从图3可以看出，随着NSR值的增加，脱硝效率在增加，当NSR值为0.9时，脱硝效率达到60%，因此，该脱硝系统氨氮比偏低，脱硝剂利用率很高。随着NSR值继续增加，脱硝效率增加变小，当NSR在1.5左右时，脱硝效率在55%~75%之间；当NSR值到1.5以后，脱硝效率变化不明显。
3）运行成本
整个脱硝系统有多个泵，如喷射泵、循环泵和卸氨泵等，很多都是一备一用，但是正常运行的时候工作的泵很少，而且泵的功率也不高，系统电耗是很低的，运行成本最高的是脱硝剂，各地氨水的价格相差较大，该线用的是20%的氨水，氨水到厂价为1300元/t，不同脱硝效率下的运行成本见图4。
从图4看出，脱硝效率为60%时的运行成本折算到每吨熟料中约4.5元，脱硝效率达86%时运行成本接近8元，成本太高。
4）脱硝对烧成系统的影响
①热耗
该生产线窑尾烟气量170000m³/h，20%的氨水用量为0.6m³/h，密度为923kg/m³，氨水喷入点温度为890℃。
计算氨吸热量Q1：20℃液氨汽化热1336.97kJ/kg，20～950℃定压平均比热容2.112kJ/（kg˙℃）。
则：Q1=[1336.97+(890-20)×2.112]×0.6×923×0.2=351598kJ/h
计算水吸热量Q2：100℃一个大气压下饱和水蒸气焓值2676.30kJ/kg，20℃液态水焓值83.86kJ/kg，100～950℃水蒸气平均定压比热容2.01kJ/（kg˙℃）。
则：Q2=[（2676.30-83.86）+(890-100)×2.01]×0.6×923×0.8=1852057kJ/h
每千克熟料增加的热耗为：
（351598+1852057）/(2700/24×1000)=19.59kJ/kg，而系统熟料热耗为3114kJ/kg，因此增加的热耗仅占烧成系统热耗的0.6%，而且从该水泥生产线喂煤量看，热耗也并没有明显增加。
②增加的烟气量
采用脱硝后系统增加了烟气量，包括氨气、水蒸气和压缩空气。该生产线20%的氨水用量为0.6m³/h，产生的总气体量约为1500m³/h，占窑尾烟气量的0.89%，同样是很小的。总的来说，脱硝对烧成系统的影响小于1%。
3结论
1）脱硝设备设计时要选择合适的，使系统调节灵敏，同时实现自动化操作，延长设备的使用寿命。
2）当系统分解炉出口温度在880~890℃时，C5温度也比较高，同时分解炉氧含量大于3%时，氨水的脱硝效果不错。脱硝效率最高达86%。平均NSR在1.5左右，其中脱硝效率在55%~75%时，NSR比较低。
3）经过计算表明，脱硝对烧成系统的影响小于1%，低于工况的波动。
原标题：SNCR脱硝系统在水泥窑系统的应用及应注意的问题
