水泥生产线SNCR精准脱硝喷氨点的研究与应用

李志强，轩红钟，张宗见，宗青松，王 斌

（安徽海螺建材设计研究院有限责任公司，安徽 芜湖 241070）

0 引言

在生态文明建设的大背景下，全国各地环保政策逐渐收紧，不断出台超低排放标准，环保管形势日益严峻。目前，水泥行业应用最广泛的脱硝技术为选择性非催化还原脱硝（SNCR脱硝），该技术具有系统流程简单，投资少等特点，在水泥行业得到了广泛应用。

SNCR脱硝技术是在没有催化剂的情况下，将氨基的还原剂喷入炉膛温度为850～1100℃的区域，与NOx发生还原反应生成N2和H2O[1]，脱硝反应效率及氨水利用效率受温度窗口、粉尘浓度、停留时间、氨水喷枪位置等因素的影响[2-4]。

本文借助CFD计算机流体仿真模拟技术，开展SNCR精准脱硝位置流场的模拟分析，通过SNCR喷枪的合理布置，从而达到延长氨水与废气中氮氧化物的混合反应时间的目的，同时减少了粉尘、CO等对氨水与氮氧化物反应效率的影响，提高SNCR脱硝效率。

1 SNCR精准喷氨位置研究

1.1 喷枪布置位置

根据水泥生产工艺技术特点，温度窗口在850～1100℃的SNCR脱硝喷氨位置主要在分解炉和C5旋风筒，目前大部分氨水喷枪设置在分解炉出口管道以及C5旋风筒出口管道，但存在氨水消耗量大，氨水利用率低等问题。

C5旋风筒本体经过收尘后粉尘浓度降低约90%，温度区间在850～890℃，CO浓度较分解炉大大降低，可作为SNCR脱硝喷枪布置位置，提高SNCR脱硝效率及氨水利用效率，分解炉、C5旋风筒本体及C5旋风筒出口作为SNCR脱硝喷氨点位置指标对比情况见表1。

表1 分解炉、C5旋风筒本体及C5旋风筒出口作为SNCR脱硝喷氨点位置主要指标

C5旋风筒本体的温度窗口、氨水混合的停留时间均能够满足SNCR的要求，并且CO浓度较分解炉相比低、粉尘浓度小，因此可以作为SNCR脱硝喷枪的位置。

1.2 CFD模拟分析

初步制定SNCR脱硝喷枪位置方案，并借助CFD流体模拟手段（见图1），开展SNCR精准脱硝喷氨位置的流场分析研究。

图1 C5旋风筒本体布置氨水喷枪流场情况

从C5旋风筒本体喷射氨水流场情况可以看出，氨水与废气混合，随废气进行运动，并在中心位置旋转上升进入下一级旋风筒，氨水与气体混合停留时间1.2s以上，能够保证足够的反应时间。

C5旋风筒入口温度一般在880℃左右，出口温度在850℃左右，该温度均在SNCR脱硝氨水与NOx反应温度窗口。

分解炉主要承担煤粉的燃烧及生料的分解，C5旋风筒是分解炉后续的热工设备，煤粉在分解炉内充分燃烧后，废气及分解后生料进入C5旋风，C5旋风筒CO浓度较分解炉低，减少了CO对SNCR反应效率的影响。

张云宁借助原位漫反射红外光谱分析验证了物料吸附NH3促使NH3发生氧化反应生成NO，抑制脱硝反应。C5旋风筒本体区域经过收尘后，物料浓度较低，一般（标况，以下同）在80～100 g/m3，减少了物料对脱硝反应的影响。

2 工程应用效果

该技术方案在某公司生产线实施改造，改造过程不影响生产线正常运行，SNCR喷枪位置由分解炉出口4支喷枪、C5旋风筒出口各2支喷枪改造为C5旋风筒本体各4支喷枪，投产后，在NOx排放浓度基本相同的情况下，氨水用量显著下降，氨水利用效率进一步提高。

图2 改造前SNCR运行情况

该技术在某公司两条生产线同时实施改造，改造前NOx排放浓度在250mg/m3左右，20%氨水用量为1100～1 400L/h，改造后，NOx排放浓度控制在240 mg/m3左右，氨水用量降低至700L/h左右，氨水用量降低40%左右，氨水利用效率提高20%以上，技改效果明显。

截至目前，C5旋风筒作为熟料线SNCR精准脱硝喷氨位置技术已经在100多条生产线应用，氨水用量较改造前节省20%以上。

图3 改造后SNCR运行情况

3 结语

（1）熟料生产线中C5旋风筒本体的温度在850～890℃，氨水与气体的混合停留时间在1.0s以上，粉尘浓度仅为分解炉及C5旋风筒出口粉尘浓度的1/10左右，且CO浓度较分解炉低，C5旋风筒本体的温度窗口、氨水混合停留时间均满足SNCR的要求，且CO浓度较分解炉低、粉尘浓度小，可有效促进NH3与NO的反应。

（2）通过工程应用，SNCR脱硝喷氨位置改造为C5旋风筒本体后，在NOx排放浓度控制在相同指标的情况下，氨水用量进一步降低，较改造前降低20%以上，氨水利用效率提高10%以上。