选择性非催化还原法烟气脱硝工业试验

化

・３０４・

Ｔ

环保

２０１３年第３３卷第４期

ＥＮＶｌＲＯＮＭＥＮＴＡＬＰＲＯＴＥＣＴｌ０ＮＯＦＣＨＥＭＩＣＡＬＩＮＤＵＳＴＲＹ

选择性非催化还原法烟气脱硝工业试验

凌绍华，景长勇，马婧，张立娟

（中国环境管理干部学院环境丁程系，河北秦皇岛０６６００４）

［摘要］以氨水作为还原剂，在日产５ｋｔ的新型干法水泥生产线分解炉卜进行选择性非催化还原脱硝工艺的工业性试验研究。在氨水质量分数为１３．０％、喷人点温度为８９４℃、疗（ＮＨ，）：肝（ＮＯ，）为１．２、雾化压力为０．３５ＭＰａ的

条件下，ＮＯ。去除率最高，为７２．８％，剩余ＮＯ。质量浓度为１９６ｍｇ／ｍ３，剩余ＮＨ，质量浓度小于０．９ｍｇ／ｍ３，远低于

《水泥Ｔ业大气污染物排放标准》征求意见稿中限定的ＮＯ。和ＮＨ，质量浓度。［关键词］氨水；水泥窑；选择性非催化还原法；烟气脱硝；废气处理

［文献标志码］Ａ

［中图分类号］ｘ５１１

［文章编号］１００６—１８７８（２０１３）０４—０３０４—０４

ＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＴｅｓｔｆｏｒＦｌｕｅＧａｓＤｅｎｉｔｒａｔｉｏｎｂｙＳｅｌｅｃｔｉｖｅ

Ｎｏｎ—ｃａｔａｌｙｔｉｃＲｅｄｕｃｔｉｏｎ

Ｃｈａｎｇｙｏｎｇ，ＭａＪｉｎｇ，ＺｈａｎｇＬｑｕａｎ

ＬｉｎｇＳｈａｏｈｕａ，Ｊｉｎｇ

（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＭａｎａｇｅｍｅｎｔＣｏｌｌｅｇｅｏｆＣｈｉｎａ，ＱｉｎｈｕａｎｇｄａｏＨｅＢｅｉ０６６００４，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ

ａｑｕｅｏｕｓａｍｍｏｎｉａ

ａｓ

ｔｅｓｔ

ｆｏｒｆｌｕｅｇａｓｄｅｎｉｔｒａｔｉｏｎｂｙｓｅｌｅｃｔｉｖｅｎｏｎ—ｃａｔａｌｙｔｉｃｒｅｄｕｃｔｉｏｎ（ＳＮＣＲ）ｕｓｉｎｇ

ａ

ｒｅｄｕｃｉｎｇａｇｅｎｔｗａｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｉｎａｃａｌｃｉｎｅｒｏｆｎｅｗｔｙｐｅｄｒｙｐｒｏｃｅｓｓｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｌｉｎｅ

ｏｆ５０００ｔ／ｄｃｅｍｅｎｔ．Ｕｎｄｅｒｔｈｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆａｍｍｏｎｉａｍａｓｓｆｒａｃｔｉｏｎ１

３．０％．ｉｎｊｅｃｔｉｏｎｐｏｉｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ８９４

ｒａｔｅ

ｏＣ，ｎ（ＮＨ３）：ｎ（ＮＯ。）１．２，ａｎｄａｔｏｍｉｚａｔｉｏｎｐｒｅｓｓｕｒｅ０．３５ＭＰａ，ｔｈｅｈｉｇｈｅｓｔＮＯ，ｒｅｍｏｖａｌ

ｉｓ７２．８％，

ｔｈｅｒｅｓｉｄｕａｌＮＯ。ｍａｓｓｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｉｓ１９６ｍｇ／ｍ３，ｔｈｅｒｅｓｉｄｕａｌＮＨ３ｍａｓｓｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｉｓｌｅｓｓｔｈａｎ０．９ｍｇ／ｍ３，ｗｈｉｃｈ

ａｒｅ

ｆａｒｌｏｗｅｒｔｈａｎｔｈｅｅｍｉｓｓｉｏｎｓｔａｎｄａｒｄｓｆｏｒｔｈｅａｉｒｐｏｌｌｕｔａｎｔｓｆｒｏｍｃｅｍｅｎｔｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ａｑｕｅｏｕｓａｍｍｏｎｉａ；ｃｅｍｅｎｔｋｉｌｎ；ｓｅｌｅｃｔｉｖｅｎｏｎ－ｃａｔａｌｙｔｉｃｒｅｄｕｃｔｉｏｎ（ＳＮＣＲ）；ｆｌｕｅｇａｓｄｅｎｉｔｒａｔｉｏｎ；ｗａｓｔｅｇａｓｔｒｅａｔｍｅｎｔ

水泥Ｔ业是继电力、机动车之后的第三大氮氧化物排放源。按照国家“十二五”规划要求，我国氮氧化物排放量将在“十二五”时期下降１０％。我国工业和信息化部于２０１０年１１月１６日发布第１２７号公告，其中关于水泥行业准入条件的第五项“环

境保护”中明确规定：新建或改扩建水泥（熟料）生产线项目须配置ＮＯ，去除率不低于６０％的烟气脱硝装置。在《水泥工业大气污染物排放标准》征求

原（ＳＮＣＲ）法对烟气进行脱硝。其中，分级燃烧法在水泥行业已有成熟经验，而ＳＮＣＲ法烟气脱硝工艺的设计与应用还存在不少问题，因而有必要进行工业性试验，以掌握水泥窑ＳＮＣＲ脱硝技术及工艺参数。

本工作以氨水作为还原剂，在日产５ｋｔ的新型干法水泥生产线分解炉上进行ＳＮＣＲ脱硝工艺的工

业性试验研究，取得了较好的效果。

［收稿日期］２０１３—０１—２０；［修订日期］２０１３—０４—１４。［作者简介］凌绍华（１９７２一），男，福建省莆田市人，硕士，高级工程师，主要从事大气与水污染控制技术研究。电话１３９３３５９９６９８，电邮ｈｂ３４１２＠１６３．ｃｏｍ？

［基金项目］河北省高等学校科学技术研究项目（Ｚ２０１２１７９）：

意见稿中，将Ｎｑ排放标准由现行的８００ｍｇ／ｍ３降至

３２０

ｍｇ／ｍ３Ｌ１Ｉ。因此，水泥工业脱硝Ｔ作形势非常紧迫。目前水泥行业对ＮＯ。进行控制的方法主要是在燃烧过程中采用低ＮＯ。燃烧器、在窑尾分解炉和

管道中进行分级燃烧，燃烧后采用选择性非催化还

万方数据

第４期

凌绍华等．选择性非催化还原法烟气脱硝工业试验

１

试验部分

１．１

ＳＮＣＲ脱硝技术原理

ＳＮＣＲ脱硝技术是在无催化剂存在的条件下，在合适温度区域加入还原剂，还原剂只与ＮＯ，发生反应，将ＮＯ，转化成无害的Ｎ，和Ｈ，Ｏ［２－６］。在水泥窑ＳＮＣＲ脱硝工艺中，液态氨和氨水均可作为还原剂，本试验以氨水作为还原剂。喷氨后在分解炉内

可发生的化学反应见式（１）～式（４）匕。３Ｊ。

４ＮＯ＋４Ｎ比＋０２＝４Ｎ２＋６Ｈ２０（１）２Ｎ０２＋４ＮＨ３＋０２＝３Ｎ２＋６Ｈ２０

（２）６ＮＯ＋４ＮＨ３＝５Ｎ２＋６Ｈ２０

（３）

６Ｎ０２＋８ＮＨ广７Ｎ２＋１２Ｈ２０

（４）

分解炉烟气中的氮氧化物主要为ＮＯ，质量分数为９５％，ＮＯ，质量分数仅为５％，氧质量分数大于３％。因此在水泥分解炉中主要进行反应（１）。

１．２水泥窑ＳＮＣＲ脱硝工艺流程

某水泥生产厂现有日产５ｋｔ新型干法水泥生产

线一条，采用回转窑一分解炉生产工艺。分解炉直

径为７．２０ｍ。该水泥窑已成功进行了分级燃烧脱硝

技术改造，各负荷下的ＮＯ，排放质量浓度低于７８０

ｍ３／ｈ。

水泥窑ＳＮＣＲ脱硝工艺流程见图１。

叵麴…・匝亘垂歪Ｆ

图１

ＳＮＣＲ脱硝工艺流程

将氨水通过混合制备系统稀释成稀氨水，经泵及管道输送至分配调节系统，对各支路的氨水流量进行分配调节后进人喷氨系统。喷氨系统负责将液、压缩空气两路管道以及若干支喷枪。喷枪采在线检测系统，ＰＬＣ控制系统可根据烟气中ＮＯ，的监测情况自动控制调节喷氨系统的喷氨量及压缩万方数据

１．３分析方法

采用烟气在线检测仪测定ＮＯ，质量浓度；采用

次氯酸钠一水杨酸分光光度法测定ＮＨ，质量浓度ｍ。

２

结果与讨论

２．１

喷入点温度对ＮＯ。去除率的影响

在氨水质量分数为１３．０％、ｎ（ＮＨ，）：ｎ（ＮＯ，）

为１．２、雾化压力为０．３５ＭＰａ的条件下，喷入点温

度对ＮＯ。去除率的影响见图２。由图２可见：当喷人点温度为８５３～９１１℃时，ＮＯ，去除率较高，大于６０．０％；继续升高喷入点温度，ＮＯ，去除率有所降低；喷入点温度为８９４ｃ｛Ｃ时，ＮＯ，去除率最高，为

７２．８％，剩余ＮＯ质量浓度为１９６ｍｇ／ｍ３，低于《水

泥工业大气污染物排放标准》征求意见稿中限定的ＮＯ。质量浓度。这是由于，当喷入点温度过低时，脱硝反应速率降低，导致ＮＯ，去除率降低；当喷人点温度过高时，氨水本身被氧化成Ｎ０。，从而增加了Ｎ０，的排放，使ＮＯ。去除率下降。

喷入点温度／℃

图２喷人点温度对ＮＯ，去除率的影响

２．２

ｎ（ＮＨ，）：ｎ（Ｎｑ）对Ｎｏ。去除率的影响在氨水质量分数为１３．Ｏ％、喷人点温度为８９４

℃、雾化压力为０．３５ＭＰａ的条件下，ｎ（ＮＨ，）：

门（Ｎ０。）对ＮＯ。去除率的影响见图３。由图３可见，随门（ＮＨ，）：胛（ＮＯ。）的增加，ＮＯ。去除率逐渐增加。

这是因为随行（ＮＨ，）：门（ＮＯ，）的增加，有更多的还

原剂ＮＨ，可以与ＮＯ反应，Ｎ０。去除率增加；继续增；０１１ｎ（ＮＨ，）：门（ＮＯ，），ＮＯ，去除率增加缓慢，这是

因为烟气中大部分ＮＯ已被还原，反应物ＮＯ浓度降

低，反应速率变慢。因此，综合考虑经济因素，试

验选择门（ＮＨ，）：胛（ＮＯｘ）为１．２。

２．３以（ＮＩｔ３）：ｎ（ＮＯ，）对剩余Ｍ－Ｉｓ质量浓度的影响

，？（ＮＨ，）：，２（ＮＯ。）对剩余ＮＨ，质量浓度的影响见图４。由图４可见，当ｎ（ＮＨ，）：，２（ＮＯ。）小于

ｍｇ／ｍ３，烟气流量为（３．７５～４．５５）×１０５

稀释完毕的氨水雾化后喷人分解炉，在炉内不同高度上设置若干喷射层，每一喷射层均包括氨水溶用双流体设计。分解炉中初始ＮＯ，质量浓度为７２１

ｍｇ／ｍ３。ＳＮＣＲ脱硝系统设置ＰＬＣ控制系统及烟气

空气量，使脱硝系统可根据负荷变化自动调节工

艺参数。

化

ＥＮＶＩＲＯＮＭＥＮＴＡＬ

工

环保

２０１

ＰＲＯＴＥＣＴＩＯＮＯＦＣＨＥＭＩＣＡＬＩＮＤＵＳＴＲＹ

３年第３３卷

１．２时，剩余ＮＨ，质量浓度小于０．９ｍｇ／ｍ３，远低于《水泥工业大气污染物排放标准》征求意见稿中限定的ＮＨ，质量浓度（８．０ｍｇ／ｍ３）：继续增加／，／（ＮＨ，）：厅（ＮＯ，），剩余ＮＨ，质量浓度迅速增加；当Ｆ／（ＮＨ，）：ｒ／（ＮＯ。）为１．６ＥＩ，－Ｊ，剩余ＮＨ，质量浓度超

过８．０ｍ∥ｍ３。这是因为作为还原剂的氨水过量较多

由图５可见，雾化压力为０．３５ＭＰａＵＶｊ＂，ＮＯｘ去除率最大。这是因为雾化压力的大小会影响喷射出的氨水液珠的粒径及喷射速率。当雾化压力偏小时，氨水液珠的粒径偏大、比表面积偏小，反应活性降低：喷射速率偏小时，氨水在分解炉内的穿透力不够、与烟气接触不充分，影响脱硝效果。当雾化压力过大时，会造成氨水断流，Ｎ０。去除率下降。

２．５氨水质量分数对Ｎｏ．去除率的影响

在喷人点温度为８９４℃、Ｆ／（ＮＨ，）：船（ＮＯ。）为１．２、雾化压力为０．３５ＭＰａ的条件下，氨水质量分数

时，会有大量ＮＨ，未参与反应而随烟气外排，导致剩余ＮＨ、质量浓度超标。

对ＮＯ，去除率的影响见图６。由图６可见，随氨水质量分数的增加，ＮＯ，去除率略有下降。这是因为在行（ＮＨ，）：胛（ＮＯｘ）一定的条件下，氨水质量分数越低则需喷人的氨水体积越大，同时雾化的空气量也越多，氨水的雾滴直径变小、比表面积增大，增加了氨的反应活性，使反应充分进行，ＮＯ，去除率上

ｎ（ＮＨ、）：ｎ（ＮＯ。）

升。但是水泥生产工艺对分解炉温度有严格要求，喷人的氨水浓度不能过低，否则会导致分解炉内温度下降，影响水泥产品质量。因此试验选择氨水质量分数为１３．０％。

訇３／７（ＮＨ：）：门（ＮＯ，）对Ｎ０。去除率的影响

ｎ（ＮＨｌ）：ｎ（ＮＯ．）

羽４，７（ＮＨ，）：／７（ＮＯ。）对剩余ＮＨ，质量浓度的影响

氡水质母分数／％

２．４雾化压力对Ｎ仉去除率的影响

在氨水质量分数为１３．０％、喷人点温度为８９４℃、门（ＮＨ，）：，？（ＮＯ，）为１．２的条件下，雾化压力对Ｎｑ去除率的影响见图５。

羽６

氨水质量分数对Ｎ０。去除率的影响

２．６氨水与烟气的混合程度对脱硝效率的影响。氨水与烟气的充分、均匀混合是保证高Ｎ０．去除率的又一技术关键。在氨水质量分数为１３．０％、喷人点温度为８９４℃、胛（ＮＨ，）：胛（ＮＯｘ）为１．２、雾

化压力为０．３５ＭＰａ的条件下，分别采用炉壁喷入和炉壁炉内同时喷入两种方式喷人氨水，喷枪运行方

式对ＮＯ。去除率的影响见图７。由图７可见，当喷枪采用炉壁炉内同时喷人的运行方式时，ＮＯ，去除率明显提高。这是因为分解炉的直径较大，采用炉壁炉内同时喷入的运行方式可以使氨水与烟气接触得

雾化压力／ＭＰａ

更加充分、均匀。因此，在水泥窑ＳＮＣＲ脱硝工艺运行时，应根据不同炉型的结构特点，合理布置喷

羽５雾化压力对Ｎ０，去除率的影响

万方数据

第４期凌绍华等．选择性非催化还原法烟气脱硝工业试验

射点位，调整喷枪运行方式，以实现氨水与烟气的ＮＯｘ质量浓度为１９６ｍｇ／ｍ３，剩余ＮＨ，质量浓度小于

充分、均匀混合。

０．９

ｍｇ／ｍ３，远低于《水泥工业大气污染物排放标

准》征求意见稿中限定的ＮＯｘ和ＮＨ，质量浓度。

参考文献

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中国环境科学研究院．水泥工业大气污染物排放标

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炉

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一

同

差；入

一虿

行喷方伦７讲捌

斤Ｎ式０

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觯的黝向

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水泥生产线分解炉上进行ＳＮＣＲ脱硝工艺的工业性

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周菊华，孙海峰．火电厂燃煤机组脱硫脱硝技术［Ｍ］．试验研究。采用炉壁炉内同时喷人的方式向分解炉

北京：中国电力出版社，２０１０：１６８—１７０．中喷人氨水，有利于Ｎ０。去除率的提高。

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沈阳市环境监测中心站．ＨＪ５３４－－２００９环境空气氨的ｂ）在氨水质量分数为１３．０％、喷人点温度为

测定次氯酸钠一水杨酸分光光度法［ｓ］．北京：中国８９４

ｃｃ、门（ＮＨ，）：疗（ＮＯ。）为１．２、雾化压力为０．３５

环境科学出版社，２００９．

ＭＰａ的条件下，ＮＯ。去除率最高，为７２．８％，剩余（编辑王馨）

・专利文摘・

一种电化学处理印染废水的方法

和氧化剂过一硫酸氢钾，搅拌处理偶氮染料废该发明公开了一种电化学处理印染废水的方水，其中污染物与过一硫酸氢钾的摩尔比为１：法。包括以下步骤：将钛基体先用砂纸打磨，去除（１０～４０），活性碳纤维的加入量为０．２～１．０ｇ／Ｌ。该表面的油污，水冲洗后再用硫酸溶液对钛基体进行发明的优点是常温常压下进行、反应条件温和、操蚀刻；在室温下将氯化钌溶于乙醇，然后加入钛酸作简单、对各种色度的偶氮染料废水均有较好的处

丁酯，充分搅拌，最后加入固体稀土钴酸盐，充分

理效果。／ＣＮｌ０３１２１７４４Ａ，２０１３—０５—２９

搅拌制得含稀土钌钴的前驱体；将上述制得的含稀

土钌钴的前驱体涂覆在预处理过的钛基体上，置于一种含硫和氨废水的处理方法

烘箱中烘干，然后转入马弗炉中焙烧，自然冷却后该发明公开了一种含硫和氨废水的处理方继续涂覆，反复多次，最终制得钛基稀土钌钴的氧法。首先将含硫和氨的废水在均质罐除油，然后在化物电极；采用上述制备的钛基稀土钌钻的氧化物

６０～９０℃下进行催化反应，除去废水中的硫化物，

电极为阳极，不锈钢条为阴极，对工业印染废水进催化氧化反应器尾气进气液吸收装置，反应器出水

行钛阳极氧化处理，染料脱色率可达９６％以上。／

经沉降器回收催化剂后与厂区其他含油废水一起进

ＣＮｌ０３１２】７３７Ａ，２０】３—０５—２９

入调节池，通过隔油、浮选和生化处理后，进入ＭＢＢＲ反应池，在ＭＢＢＲ反应池中添加亚硝酸型脱

一种处理偶氮染料废水的方法

氮菌剂，出水经沉淀后达标排放。该发明工艺过该发明涉及一种偶氮染料废水的处理方法。

程简单、投资小、操作费用低。／ＣＮｌ０３１０２０３３Ａ，

在常温常压下，按一定比例同时投加活性碳纤维

２０１３—０５一ｌ５

万方数据

选择性非催化还原法烟气脱硝工业试验

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：

凌绍华， 景长勇， 马婧， 张立娟， Ling Shaohua， Jing Changyong， Ma Jing， Zhang Lijuan中国环境管理干部学院环境工程系,河北秦皇岛,066004化工环保

Environmental Protection of Chemical Industry2013,33(4)

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