引言

　　水泥工業是繼電力、機動車之后的氮氧化物第三大排放源，按照國家"十二五"規劃要求，我國氮氧化物排放將在"十二五"時期下降10%，水泥工業脫硝工作勢在必行。國家環保部也明確指出水泥企業要推進氮氧化物減排，走綠色發展的新型工業化道路，為響應此號召，目前已有數家環保企業率先啟動了水泥線氮氧化物減排工作，例如浙江衢州巨泰建材有限公司水泥生產線的進口脫硝實驗裝置、江蘇科行的寧夏平羅恒達水泥有限公司2500t/d水泥生產線和陜西聲威建材有限公司2500t/d水泥生產線兩個工程等。這些企業無一例外的共同選擇了SNCR作為水泥行業氮氧化物減排的關鍵技術。由此看來SNCR技術將成為我國水泥企業氮氧化物減排率先采用的低成本達標排放技術方案。通過歐洲水泥線氮氧化物減排實踐證明，SNCR技術可以將水泥窯氮氧化物含量降低到500mg/Nm3以下。下表是意大利水泥集團SNCR處理后的煙氣分析參數：

　　SNCR技術可以大幅度降低水泥窯氮氧化物排放量，但是需要良好的工藝設計為基礎，本文將從幾個影響SNCR脫硝效率的因素上分析。

　　1）不同脫硝劑的選擇

　　尿素和氨水對于SNCR來說具有不同的脫硝要求，氨水的反應更直接，有著高效的去除率、較低氨逃逸和較高的化學反應效率；尿素反應更復雜，會形成笑氣、較高的氨逃逸和較高的CO形成。具體情況見圖1

　　圖1  氨水-尿素SNCR系統比較

　　由此可見，理論狀態下，氨水的最高脫硝效率可達到87%，尿素的最高脫硝效率約為81%，實際狀況下，正常的SNCR脫硝系統可達到的脫硝效率約為60%，尿素和氨水都是可供選擇的方案。

　　1）不同脫硝還原劑濃度對脫硝效率的影響

　　還原劑濃度的不同也是影響脫硝效率的關鍵因素之一，圖2列出了3種不同濃度尿素溶液的脫硝效率，正常情況下，最佳的尿素溶液濃度為5%左右，應用于水泥行業，考慮到熱耗的影響，正常選擇8～10%。

　　圖2  不同濃度尿素溶液對脫硝效率的影響

　　1）不同脫硝溫度對脫硝效率的影響

　　氮氧化物還原反應發生在一個特定的溫度范圍，稱之為溫度窗，溫度窗的選擇是非常重要的。較低的溫度條件下，易產生較高的氨逃逸率；在較高的溫度下，NH3又會發生分解，產生新的NOx。理論情況下，氨水的最佳反應溫度為856℃，尿素溶液的最佳反應溫度為893℃。具體影響見圖3。

　　圖3  不同溫度下二種還原劑脫硝效率比較

　　1）不同脫硝效率下對還原劑消耗量的影響

　　NSR是評價脫硝運行成本中物料消耗的重要指標。NSR是Normalized Stoichiometric Ratio的縮寫，意為理論氨氮當量比。對于以尿素為還原劑來說：

　　一般來說，典型的NSR在0.5-3之間。由圖3中可以看出，脫硝效率隨著NSR值的增長而增長，當NSR超過2以后，脫硝效率就不會有明顯的增長。以15%尿素溶液為例，NSR在1～2.0之間變化時，脫硝率由65%增加大84%，脫硝效率增加明顯，因為還原劑濃度增加，會使反應進行的更加充分，使還原劑還原NO的幾率增大，提高脫硝效率。當NSR在2.0～2.5之間變化時，脫硝效率由84%增加大89%，NSR對脫硝效率的影響變小。隨著NSR的增加，反應逐漸趨于飽和。

　　圖4  不同NSR對脫硝效率的影響

　　5）反應不同反應時間對脫硝效率的影響

　　在還原劑離開溫度窗口前SNCR的整個過程必須完成，這樣才能達到理想的脫硝效果。這些過程包括：

　?。?）從噴槍中射出的溶液與煙氣的混合

　　（2）尿素溶液中水的蒸發

　　（3）尿素中分解出NH3

　?。?）NH3再分解為NH2以及自由基

　?。?）NOx與NH2的反應

　　所以說，延長還原劑在溫度窗口下的停留時間脫硝反應就會更加充分。若想獲得理想的脫硝效率，還原劑的停留時間至少需要0.5秒。

　　圖5  不同反應時間對脫硝效率的影響

　　由此可見，SNCR脫硝時間應控制在0.5秒以上。噴槍的布置必須考慮此因素的影響，否則將會待會高的氨逃逸。

　　以上這些方面都是影響脫硝效率的關鍵因素，但也不限于此，還有諸如爐型、礦化劑、煤質等影響因素。對于當前的中國水泥行業來講，氮氧化物減排勢在必行，選擇合適的最佳可行性技術方案對企業的穩定長期運行起到關鍵的影響。SNCR作為技術成熟，運行最為廣泛的水泥行業脫硝技術，不失為一種可供選擇的優秀技術。但是由于中國水泥行業的影響巨大，特別是發達地區對環保要求的不斷提高，更加嚴厲的標準將相繼出臺。我們還需要開發出更加優異的諸如高溫除塵技術和低溫催化劑技術水泥行業脫硝方案。

　　第一作者簡介：陳學功（1975年出生），男，本科，工程師，建材機械和工商管理專業。