1.1 SNCR脫硝原理及組成

選擇性非催化還原法（SNCR）脫硝技術(shù)是在沒有催化劑的條件下，在850～1050℃的溫度范圍內(nèi)，把還原劑（氨氣或尿素）噴入水泥爐窯內(nèi)，還原劑與爐窯中的氮氧化物（主要是一氧化氮和二氧化氮）發(fā)生化學反應(yīng)，生成氮氣和水，從而減少煙氣中氮氧化物的排放。

在分解爐的中下部噴入還原劑尿素[CO(NH2)2]或氨水(NH4OH) ,在有部分氧存在的條件下,發(fā)生以下反應(yīng)過程。

4NH3 + 4NO + O2 →4N2 + 6H2O (1)

溫度進一步升高,則可能發(fā)生以下的反應(yīng):

4NH3 + 5O2 →4NO + 6H2O (2)

當溫度低于800℃時,NH3與NO的反應(yīng)速度很慢；當溫度高于1100℃時反應(yīng)式(2)會逐漸起主導作用,當溫度高于1300℃時NH3轉(zhuǎn)變?yōu)镹O的趨勢會變得明顯。

1) 尿素供應(yīng)站

尿素存儲系統(tǒng)、尿素溶液配制系統(tǒng)和尿素溶液儲存系統(tǒng)集中布置, 共同組成尿素供應(yīng)站。尿素站主要設(shè)備包括:干尿素儲倉,計量倉,螺旋輸送機,配液池,尿素溶液儲罐,尿素溶液輸送泵和水加壓泵。

2) 加壓泵及其控制系統(tǒng)

來自罐區(qū)的尿素溶液和稀釋水分別通過加壓泵同時輸送至混合系統(tǒng)，從而最終被輸送至噴霧系統(tǒng)。尿素溶液加壓泵及其控制系統(tǒng)主要由兩臺螺桿泵（一用一備）、回流控制系統(tǒng)、壓力檢測系統(tǒng)及相應(yīng)閥組組成。稀釋水加壓泵及其控制系統(tǒng)所含設(shè)備與尿素溶液相同。

3) 混合系統(tǒng)

由于配置的尿素溶液濃度相對較高，主要是為了增加溶液的利用效率，需要兌水稀釋。尿素溶液和稀釋水分別由兩個獨立管路進入混合系統(tǒng)，且兩流體的流量可根據(jù)實際所需噴氨量進行任意濃度的調(diào)配，最終被同時輸送至靜態(tài)混合器內(nèi)，利用靜態(tài)混合器的強湍流擾動特性，將尿素溶液與稀釋水充分混合均勻。整個系統(tǒng)布置在罐區(qū)附近，與罐區(qū)共用擋棚。

4) 分配和調(diào)節(jié)系統(tǒng)

由于在分解爐上布置了兩層噴槍，進入兩層噴槍的稀溶液需要通過控制分配和調(diào)節(jié)系統(tǒng)上的電動調(diào)節(jié)閥來自動控制稀溶液流量分配。出混合系統(tǒng)的稀溶液通過管路輸送至分配和調(diào)節(jié)系統(tǒng)，系統(tǒng)布置在預(yù)熱器塔架鋼平臺上，與噴霧系統(tǒng)靠近布置。

5) 噴霧系統(tǒng)

噴槍是噴霧系統(tǒng)的核心也是整個SNCR（噴氨）系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。為提高脫硝反應(yīng)的效率，噴槍在分解爐上分兩層布置，所有噴槍圍繞分解爐周向?qū)ΨQ均布。整個噴霧系統(tǒng)都有自反饋和自動調(diào)節(jié)功能，通過在線監(jiān)測C1級筒出口（或煙囪出口）NOx 排放值，利用反饋系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)和控制尿素噴射量，在保證脫硝效率前提下減少系統(tǒng)運行成本。

6)自動控制系統(tǒng)

自動控制系統(tǒng)采用獨立的可編程序邏輯控制器(PLC), 系統(tǒng)單獨設(shè)置 1臺工程師站 (兼操作員站), 預(yù)留OPC 通信接口與電廠分散控制系統(tǒng) (DCS)通信; 系統(tǒng)設(shè)有必要的報表、查詢和報警等功能。控制系統(tǒng)根據(jù)采集的相關(guān)信號, 控制、調(diào)節(jié)主要設(shè)備運行情況和噴槍運行情況, 實現(xiàn)高效脫硝。

2.1 關(guān)鍵技術(shù)問題

SNCR技術(shù)的關(guān)鍵是：還原劑噴射在合適的溫度窗口，以及噴入的還原劑與煙氣中NOX的充分混合，從而實現(xiàn)較高的脫硝效率，降低還原劑的耗量和尾部氨的逃逸量。

1）噴嘴位置的確定

確定噴嘴位置主要考慮爐窯內(nèi)部的氣體溫度,尿素還原 NOx 反應(yīng)的適宜溫度為 850℃～1050℃。噴嘴的位置選擇是否合適，直接決定了SNCR的脫硝效率的高低。噴嘴位置的選擇是整個SNCR系統(tǒng)最關(guān)鍵的地方。

選擇合適的噴嘴位置，主要通過兩種途徑來實現(xiàn)：

CFD流場模擬，來確定噴射點；通過紅外線現(xiàn)場測試爐窯內(nèi)溫度分布，確定噴射位置。

2）尿素溶液的霧化要求

為了使尿素與NOx 的反應(yīng)能夠在很短的時間內(nèi)完成 ,必須對尿素溶液進行良好的霧化。對尿素溶液進行良好的霧化 ,必須選擇噴嘴的結(jié)構(gòu)和噴嘴處的液體、氣體壓力和流量。噴嘴處的液體壓力一般為0.4MPa，噴嘴處的氣體壓力一般為0.3MPa。

3）噴嘴的結(jié)構(gòu)和材質(zhì)

噴嘴的質(zhì)量是尿素添加設(shè)備的技術(shù)關(guān)鍵,噴嘴的結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)該首先保證使尿素溶液具有良好的霧化效果,其次應(yīng)考慮噴嘴本身處于高溫部位,應(yīng)具有良好的耐熱性能,不易燒損。

3. 小結(jié)

3.1. 從世界范圍來看，已實施的水泥窯爐脫硝工程，幾乎全部采用SNCR脫硝技術(shù)。SNCR脫硝是目前我國水泥行業(yè)脫硝的主流技術(shù)。

3.2. 采用SNCR 選擇性非催化還原技術(shù)，可以減少氮氧化物排放30%~65%。按不同的脫硝成本可實現(xiàn)氮氧化物排放≤100 mg/Nm3（10%氧含量，NO計）的連續(xù)控制，滿足不同階段的環(huán)保標準的持久性適應(yīng)需求。氨逃逸≤5ppm。