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水泥窯爐SNCR脫硝計算研究

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水泥窯爐SNCR脫硝計算研究

發布日期:2018-10-16 作者:張成剛 點擊:

水泥窯爐SNCR脫硝計算研究


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⎝⎛im电竞⎞⎠目前,國內處于大力推廣階段。本文結合公司已經投運的多條水泥窯爐生產線,基于20%濃度氨水作為還原劑的,就還原劑噴入量的定量計算、還原劑噴入點的選擇和脫硝效率估算等進行系統研究和介紹。

1 還原劑噴入量的定量計算

1.1 定量計算公式

⎝⎛im电竞⎞⎠根據化學反應關系式及運行項目現場實際物料消耗的反饋數據,總結出的還原劑噴入量定量計算公式如下:

01.jpg

式中:

⎝⎛im电竞⎞⎠qmNH3——消耗還原劑(氨水)的質量流量,kg/h;

M——標稱化學摩爾比,根據反應溫度和SNCR脫硝效率要求確定,經驗系數;

CNOx——NOx含量(以NO2計,標態、干基、10%O2),mg/m3

qvg——煙氣流量(標態、濕基),m3/h;

α——煙氣中的實際氧含量,%;

CH2O——煙氣中的水分含量,%;

W——氨水的質量濃度,%;

β——氨的逃逸率,ppm。

1.2 經驗系數M的確定

由于氨和NOx的還原反應過程中,還同時存在氨的氧化分解等反應,導致實際反應的氨水消耗量較大,兩種反應的占比和反應溫度密切相關,很難從理論上來確定比例,對于工程項目而言,主要依靠試驗和投運項目實際運行數據反饋來倒推經驗系數的取值作為新建項目的設計依據。

對于氨逃逸率,行業標準要求為不超過10ppm,采集數據和試驗過程中的原則為,在單個工況數據收集時間段內監測氨逃逸率,在不超過5ppm下(考慮系統余量),在某溫度工況下持續加大氨水的噴射量,將測得的脫硝效率作為樣本數據。水泥窯爐主要不同溫度工況下的標稱化學摩爾比-脫硝效率關系曲線見圖1,由此可以方便地查找出不同溫度和脫硝效率要求下的M值。

02.jpg

⎝⎛im电竞⎞⎠圖1 標稱化學摩爾比-脫硝效率關系曲線

2 還原劑噴入點的選擇和脫硝效率估算

對于水泥窯爐SNCR工藝,噴槍布置位置通常可設置在分解爐中部或分解爐出口段,布置一層或兩層噴槍,保證噴入的氨水和煙氣充分混合、還原反應能順利進行。

對于噴入點位置的確定,主要的因素是選擇合適的溫度場位置,即分解爐中部至出口段位置的溫度區間,通常在850~950℃之間。

⎝⎛im电竞⎞⎠反應溫度對脫硝效率的影響關系巨大,試驗總結出的反應溫度-脫硝效率關系曲線見圖2(采用氨水作為還原劑,在氨逃逸率不超過5ppm,將某運行溫度下能達到的大脫硝效率作為樣本數據),從圖中數據對比可看出,選擇分解爐中部或分解爐出口段作為還原劑的噴入點位置,噴入點的溫度區間能保證較高的脫硝效率,較為適宜。

03.jpg

圖2 反應溫度-脫硝效率關系曲線

⎝⎛im电竞⎞⎠根據測試數據得到的經驗擬合公式如下:

Y=5 343.164 74-20.089 08X+0.024 75X2-9.924 51×10-6 X3(2)

式中:X——反應溫度,℃;

Y——預測的大脫硝效率,%。

對于某一具體項目,可以根據需要查圖或者通過上述經驗擬合公式計算,較為方便地預測水泥窯爐加裝SNCR裝置后可能達到的大脫硝效率。

3 工程實例數據分析

⎝⎛im电竞⎞⎠公司參與建設并已經投運的部分水泥窯爐SNCR脫硝項目,現場實際運行數據和根據本文經驗公式計算數據對比見表1。

04.jpg

表1 工程實例數據和根據經驗公式計算數據對比

從表1對比數據來看,預期的脫硝效率和實際效果較為接近。對于氨水耗量,考慮到NOx濃度的波動、煙氣量變化和分解爐溫度變化等多方面原因,對應設備選型時,氨水大噴射量可按M取值2.5進行計算,以此來保證有足夠的余量作為現場調節手段(配置有稀釋水系統和調節閥,實際的氨水濃度和噴射量在一定范圍內可調)。

作者單位:徐州燃控科技股份有限公司


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