本文探討了SNCR脫硝技術(shù)氨逃逸的主要影響因素，并通過精準(zhǔn)的溫度選取及精細(xì)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(shù)腐蝕設(shè)備的缺陷并降低了運行成本等。

1前言

自2013年9月份國務(wù)院頒布的“大氣十條”以來，各省、市政府持續(xù)發(fā)力推動空氣質(zhì)量向好的方向前行。作為地處佛山的陶瓷行業(yè)而言，經(jīng)歷了最為嚴(yán)格的2014年度陶瓷行業(yè)廢氣綜合整治任務(wù)和近年持續(xù)不斷的各級環(huán)保督查，環(huán)保時刻保持高壓態(tài)勢。

2017年，佛山陶瓷行業(yè)氮氧化物污染物限額標(biāo)準(zhǔn)由180mg/m3降至100mg/m3，為能達(dá)標(biāo)，陶瓷企業(yè)大多引入了選擇性非催化還原(SNCR)煙氣脫硝技術(shù)。SNCR煙氣脫硝技術(shù)是成熟的經(jīng)濟(jì)的煙氣脫硝技術(shù)，具有投資少、運行費用低、周期短等優(yōu)點，但存在氨逃逸二次污染及腐蝕設(shè)備等缺陷。因此，本文通過分析SNCR脫硝技術(shù)氨逃逸產(chǎn)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(shè)備的腐蝕。

2SNCR脫硝技術(shù)氨逃逸產(chǎn)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(qū)域，該還原劑迅速熱分解為NH3，并與NOX進(jìn)行SNCR反應(yīng)生成N2和H2O。目前主要采用氨或尿素作為還原劑，其化學(xué)反應(yīng)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(chǎn)生，且由于氨具有腐蝕性，過多的氨逃逸會腐蝕設(shè)備，因此，必須實時保證脫硝效率在高點。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，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(guān)。因此，通過CFD模擬，發(fā)現(xiàn)溫度對氨逃逸的影響如下圖：

上述模擬表明：當(dāng)溫度小于900℃時，氨逃逸隨著溫度的降低迅速增大;當(dāng)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(dāng)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(jù)實際工況條件進(jìn)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(xì)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(shù)的反應(yīng)溫度窗為850～1100℃，無論噴入點的煙氣溫度低于還是高于反應(yīng)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(shè)備。為進(jìn)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(guān)系曲線圖2所示：

為進(jìn)一步驗證上述模擬結(jié)果，以陶瓷行業(yè)原料制粉工序一座5000型噴霧塔熱風(fēng)爐為例，熱風(fēng)爐燃料為水煤漿，在熱風(fēng)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(nèi)距離一致。脫硝測試結(jié)果如下表1。

從實驗結(jié)果來看，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℃。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(jìn)行分解成NH3，因此，最佳的噴入點煙氣溫度應(yīng)該適當(dāng)調(diào)高些，在970～1030℃之間最為合理。

實際選擇噴入點位置時，應(yīng)結(jié)合設(shè)備工況，因當(dāng)生產(chǎn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)發(fā)生較大變動時，應(yīng)重新選擇噴入點。如熔塊窯，生產(chǎn)不同產(chǎn)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(jiān)控，當(dāng)監(jiān)控溫度離開最佳的反應(yīng)溫度窗，應(yīng)結(jié)合實際情況考慮是否在不同位置加裝噴氨噴頭與溫度監(jiān)控，以便根據(jù)實際生產(chǎn)情況進(jìn)行切換噴氨噴頭系統(tǒng)。

4控制措施二：精細(xì)化自動控制

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

4.1脫硝劑制備與存儲系統(tǒng)

此系統(tǒng)的關(guān)鍵在于能夠穩(wěn)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(jù)實際情況確定)并加以攪拌均勻，再通過PLC液位執(zhí)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(tǒng)

自動增壓輸送控制系統(tǒng)是整個精細(xì)化自動控制的核心，其目的就是采用煙氣在線監(jiān)控氮氧化物實時數(shù)據(jù)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(jiān)控實時數(shù)據(jù)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(jī)界面設(shè)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(zhí)行程序輸出變量至變頻器控制脫硝增壓泵流量，以達(dá)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(xiàn)噴霧壓力不夠，因此，需根據(jù)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(shè)計圖(見圖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壓力表與自動滑動模塊，當(dāng)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(shè)備。

4.4測試結(jié)果

對脫硝系統(tǒng)進(jìn)行精細(xì)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(shù)據(jù)為6.8ppm、脫硝效率為67%。具體數(shù)據(jù)見表2。

5結(jié)論

針對SNCR脫硝技術(shù)分析其氨逃逸產(chǎn)生主要原因，采取精準(zhǔn)的溫度(970～1030℃)與選取精細(xì)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(dǎo)致設(shè)備的腐蝕等。