曹?chē)?guó)川：臺(tái)泥降低NOx的實(shí)踐
臺(tái)泥英德公司總工程師曹?chē)?guó)川
9月27日上午9時(shí)，由重慶、福建、廣東、廣西、貴州、湖南、海南、江西、四川、云南、香港、澳門(mén)等省區(qū)市水泥（建材）協(xié)會(huì)主辦，重慶市水泥協(xié)會(huì)承辦，三一重工股份有限公司協(xié)辦的第三屆泛珠三角水泥峰會(huì)在重慶隆重舉行。臺(tái)泥英德公司總工程師曹?chē)?guó)川就降低NOx排放的實(shí)踐發(fā)表了專(zhuān)題發(fā)言。
一、前言
原料、燃料及燒成溫度等都會(huì)影響氮氧化物的產(chǎn)生。
燃燒溫度與NO、NO2生成量之關(guān)系
二、基本技術(shù)理念
目前De NOx技術(shù)約有下列三種：
?。?）采用低NOx燃燒器。
改善一次空氣流量或速度來(lái)減少NOx產(chǎn)生，但因熟料制程1450℃的高溫需求及燃燒控制的難度，影響其效果。
（2）采用多段燃燒。
富燃缺氧方式來(lái)減少NOx產(chǎn)生，雖歐洲有部份較成功的實(shí)例，減量效率小于30%。
?。?）采用選擇性非觸媒還原法（SNCR）（如<圖二>）為目前穩(wěn)定有效降低氮氧化物產(chǎn)生的方法。
圖二
三、選擇性非觸媒還原法SNCR（Selective Non - Catalytic Reduction ）
?。ㄒ唬NCR技術(shù)概念
1、利用氨（NH3）或尿素（CO（NH2）2）以降低氮氧化物含量。
2、無(wú)論氨或尿素，皆必須噴射于900 ~ 1100 ℃之溫度范圍內(nèi)，才能使氮氧化物還原為氮?dú)猓∟2），因氨之搬運(yùn)及儲(chǔ)存有溢漏至大氣之虞，選用以尿素為反應(yīng)藥劑為較佳之選擇。
?。ǘ?、在不添加催化劑之情形下將氨（NH3）或尿素（CO（NH2）2）等還原劑均勻噴入爐內(nèi)使廢氣中之氮氧化物還原成氮?dú)夂笤倥湃氪髿狻?/FONT>
SNCR主要反應(yīng)如下：
2NO + CO（NH2）2十（1/2）02 →2N2十2H20+C02
?。ㄈ⒂绊慡NCR效率之因素：
?。?）反應(yīng)溫度范圍：宜在900°~1100℃之間。
?。?）滯留時(shí)間較長(zhǎng)，反應(yīng)效果較佳。
?。?）NOx濃度水平：濃度越低，碰撞反應(yīng)之機(jī)率則越低。
?。ㄋ模⑹褂媚蛩刈魉巹┛赡墚a(chǎn)生之負(fù)面影響如下
?。?）增加C02及CO氣體排放，其中C02屬于溫室效應(yīng)氣體，CO則是另一空氣污染源。
?。?）尿素儲(chǔ)存容易結(jié)硬。
?。?）熟料生產(chǎn)成本的增加。[Page]
四、SNCR設(shè)備作業(yè)流程
各種不同還原劑使用特性比較
五、安裝施工及試車(chē)
1、在安裝上述設(shè)備之前：
供貨商即來(lái)廠(chǎng)收集溫度分布數(shù)據(jù)，并利用停窯期間，進(jìn)行噴嘴位置挖孔安裝噴嘴管座，為因應(yīng)找尋最佳噴藥點(diǎn)，故而多挖數(shù)孔備用，工程費(fèi)用約48萬(wàn)元人民幣，工期約1.5個(gè)月。
2、PH噴嘴安裝示意圖如<圖三>所示。
圖三
3、試車(chē)重點(diǎn)：
在對(duì)預(yù)先備妥之各噴嘴位置試噴藥劑，調(diào)整稀釋水 量、壓縮空氣量，以尋找最佳參數(shù)及噴藥點(diǎn)。
SNCR添加尿素測(cè)試結(jié)果
六、SNCR設(shè)備對(duì)燒成系統(tǒng)影響
根據(jù)我司安裝施工至試車(chē)后之經(jīng)驗(yàn)，預(yù)期SNCR將對(duì)旋窯燒成系統(tǒng)各方面產(chǎn)生下述影響：
1、每公斤熟料增加耗熱13.88Kcal。
2、每噸熟料生產(chǎn)成本將增加人民幣4.5元 。
3、結(jié)皮增加：噴入之水與料?；旌?，影響旋窯通風(fēng)，降低產(chǎn)量。
4、增加人力：噴嘴長(zhǎng)期受高溫?zé)疽讚p壞。
5、操作控制與氫氧化物排放監(jiān)測(cè)聯(lián)機(jī)，會(huì)有6~8分鐘延遲，其反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，線(xiàn)性控制不易，影響減量效率。
6、尿素溶液泡制時(shí)，溶解加熱時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，即每泡一桶尿素溶液并加溫至40℃須10小時(shí)
7、人工維修費(fèi)用增加：須增加人工清理噴嘴及泡制尿素溶液。尿素溶液及稀釋水會(huì)增加排風(fēng)機(jī)負(fù)荷，影響旋窯產(chǎn)能。
七、建議
SNCR方法于實(shí)際運(yùn)用時(shí)尚有許多缺失尚待克服，除投資費(fèi)用高外，操作成本亦十分龐大。因此，我司提出兩點(diǎn)建議如下：
1、對(duì)使用之尿素，參照農(nóng)用肥料予以補(bǔ)助，以降低業(yè)者龐大負(fù)擔(dān)。
2、對(duì)設(shè)有氮氧化物減量設(shè)備之廠(chǎng)商征收空污費(fèi)時(shí)應(yīng)予優(yōu)惠，以鼓勵(lì)業(yè)者投資設(shè)備之意愿。[Page]
附：強(qiáng)化懸浮預(yù)熱機(jī)（RSP）加熱過(guò)程中控制低量氮氧化物（NOx）排放標(biāo)準(zhǔn)
附列草圖“降低NOx 排放之基本概念（General Concept For Low NOx RSP）” 對(duì)本工程提供較廣泛系統(tǒng)設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)。
通常在RSP 系統(tǒng)中，SC爐的過(guò)量空氣大約是正常及穩(wěn)定操作狀態(tài)下流率的1. 05 至1. 10之間。
此外，在進(jìn)入MC 爐入口之前，供應(yīng)SC 爐的燃料有80% 會(huì)燃燒，剩余20% 尚未燃燒的燃料在denoxation Zone（在MC 爐較低的地方）將產(chǎn)生CO 或沒(méi)燃燒的炭來(lái)協(xié)助控制NOx 排放標(biāo)準(zhǔn)。然而在實(shí)際操作方面，必須在過(guò)量空氣及產(chǎn)生CO 之間取得平衡，以兔影響熱消耗。
另一方面因?yàn)榇嬖谏匣蛉剂现械膿]發(fā)性物質(zhì)，在高CO 的狀態(tài)下可能發(fā)生揮發(fā)性物質(zhì)液化後沉積的現(xiàn)象，換句話(huà)說(shuō)，想像不到的結(jié)皮麻煩在預(yù)熱帶（precalcination Zone） 也可能發(fā)生。
為了保持加熱過(guò)程（pyroprocess） 的安定性能，本方案采用了下列特殊的系統(tǒng)設(shè)計(jì)
1. 為了控制耗熱并使未燃燒的碳或CO 達(dá)到完全燃燒
2. 為了達(dá)到降低NOx 排放，除了對(duì)鍛燒爐的正常入料點(diǎn)（feed point）之外，生料進(jìn)料被分成三部分進(jìn)料，A 點(diǎn)、B 點(diǎn)、C 點(diǎn)。
3. 在RSP. 窯系統(tǒng)減少NOx 排放的效果
4. 按步驟操作。調(diào)整到 NOx 排放標(biāo)準(zhǔn)以下
依照下表敘述，按標(biāo)準(zhǔn)步驟操作，調(diào)整來(lái)獲得需要NOx排放標(biāo)準(zhǔn)
?。╝）標(biāo)準(zhǔn)步驟1
藉由調(diào)整從熟料冷卻機(jī)來(lái)三次空氣量，將在鍛燒爐（S.C）的空氣比設(shè)定在0.95，但是須特別注意02/CO 的值，特別是在最底階旋風(fēng)筒的出口處。
?。╞）標(biāo)準(zhǔn)步驟2
藉由調(diào)整從熟料冷卻機(jī)來(lái)三次空氣量，設(shè)定在鍛燒爐（S.C）的空氣比為0.90。
然而，在鍛燒爐（S.C）內(nèi)燃料的燃燒空氣應(yīng)該不是很充足，為了使燃料在上昇管中充分燃燒，大約10% 的三次空氣，經(jīng)由分枝導(dǎo)管送至混燒室（MC）的出口處（如圖B點(diǎn)）。這樣的安排應(yīng)該可以提供在S.C 爐內(nèi)燃燒所需的0. 95~ 1. 00 空氣比。[Page]
（c）標(biāo)準(zhǔn)步驟3
繼續(xù)步驟1 和2 之前調(diào)整的敘述，將藉由調(diào)節(jié)由燃料冷卻機(jī)來(lái)的三次空氣量在鍛燒爐（S.C）的空氣比率設(shè)定為0.80~0.85 。
在這個(gè)情形亦是一樣，即在S.C 爐內(nèi)的燃料空氣應(yīng)該不是很充足為了使得在上昇導(dǎo)管的燃料可以完成燃燒，大約20% 的三次空氣被送至混燒室的出口處，這樣的安排應(yīng)該可以提供S.C爐內(nèi)燃燒所須的0.95~1.00的空氣比。
然而，如果這里有一項(xiàng)限制的話(huà)，即在鍛燒爐（S.C）為了減少空氣因素，而增加SC 爐出口的未燃燒燃料量，甚至是在此種空氣比之下，這就可能導(dǎo)致結(jié)皮問(wèn)題，生料的脫酸率不足情形。
為了避免上述問(wèn)題，部份生料（20~30%）從4級(jí)旋風(fēng)筒分料至鍛燒爐（S.C）出口導(dǎo)管（如圖A 點(diǎn)）和設(shè)置在混燒室出口特別的分枝導(dǎo)管上（如圖B點(diǎn)）。
（d）標(biāo)準(zhǔn)步驟4
假如操作調(diào)節(jié)上從步驟1~3 無(wú)法達(dá)成需要NOx 排放標(biāo)準(zhǔn)低於350ppm，那麼藉由調(diào)整從熟料冷卻機(jī)來(lái)的三次空氣量。
將鍛燒爐（SC）空氣比設(shè)定為0.75 ，為了使燃料在鍛燒爐（S.C）完全燃燒，將大約30% 的三次空氣分送至混燒室的出口，這樣的安排將可以提供在鍛燒爐（S.C）內(nèi)燃燒所須0. 95~ 1. 00 的總空氣比。
然而，如果這里有一項(xiàng)限制的話(huà)，即在鍛燒爐（s.C）內(nèi)為減少空氣因素，因而增加SC 爐出口未燃燒燃料量，這將導(dǎo)致結(jié)皮問(wèn)題或是生料脫酸率不足情形。
為了避免上述問(wèn)題，部份生料（20~30%）從4級(jí)旋風(fēng)筒轉(zhuǎn)移至鍛燒爐（S.C）出口導(dǎo)管（如圖A 點(diǎn)）和設(shè)置在混燒室出口特別的分枝導(dǎo)管（如圖B點(diǎn)）
?。╡）標(biāo)準(zhǔn)步驟5
標(biāo)準(zhǔn)步驟的調(diào)整提供較多的彈性來(lái)獲得比350ppm 更低的排放量，在這項(xiàng)調(diào)整步驟，我們建議將3 級(jí)旋風(fēng)筒來(lái)的生料分料10%到入SB 爐的三次空氣管上（如圖C 點(diǎn)）。
并且在鍛燒爐（S.C）保持空氣比0.75，以及將30%從熟料冷卻機(jī)來(lái)的三次空氣通至燃燒室（MC）的出口處。
此外，從4 級(jí)旋風(fēng)筒分料至鍛燒爐（S.C）出口（如圖A 點(diǎn)）及至特殊分枝導(dǎo)管（如圖B點(diǎn)），其分料比率均與標(biāo)準(zhǔn)步驟4 相同。
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