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这项技术可以让水泥厂随意控制氮氧化物排放量

2019/03/01 上海万澄环保科技有限公司

以氨水为还原剂,利用德国steag公司PIT智能高效选择性非催化还原脱硝技术(heSNCR)在某水泥厂5000t/d生产线的应用实例。在同样控制标准下,氨水用量减少了30-40%,同时NOx小时均值可以分别平稳地控制在200 mg/Nm3、100 mg/Nm3、50 mg/Nm3以下,达到了水泥行业超低排放的要求。......

  本文介绍了以氨水为还原剂,利用德国steag公司PIT智能高效选择性非催化还原脱硝技术(heSNCR)在某水泥厂5000t/d生产线的应用实例。在同样控制标准下,氨水用量减少了30-40%,同时NOx小时均值可以分别平稳地控制在200 mg/Nm3、100 mg/Nm3、50 mg/Nm3以下,达到了水泥行业超低排放的要求。

  一、智能高效脱硝系统heSNCR介绍

  选择性非催化还原(SNCR)是众所周知的气体脱硝方法。十几年来,它已成功应用于水泥行业。基本工作原理是在合适的温度下将还原剂如氨水注入烟道气流中。还原剂与一氧化氮和二氧化氮反应,生成氮和水。

  许多SNCR系统消耗超过理论最小量的还原剂以实现所需的还原,如果必须保持非常低的NOX排放水平,氨水消耗几乎总是呈指数级增加。此外,这通常会导致较高氨逃逸和气味滋扰。

  简单的SNCR系统运行不理想主要有以下几个原因:

  (1)喷射系统的质量不高;

  (2)安装的喷射器不能很好地覆盖合适的喷射区域;

  (3)还原剂向所有喷射器均匀分配;

  (4)没有充分考虑注入区域的实际气体温度;

  PiT heSNCR 成功的解决了这些问题。 这最终导致了符合要求的二氧化氮限制,显著降低还原剂的消耗量。

  1、PIT-heSNCR喷嘴有效性的评估

  采用机器学习完全数据驱动的方法来分析烧成系统,模拟特定工艺条件对现有SNCR喷枪效率的影响,帮助选择合适的喷嘴和安装位置。使氨水在NOX含量高的区域蒸发、反应。避免不必要的氨逃逸(高效利用氨水)。实现尽可能高的NOX去除率。

  2、PIT-heSNCR预测系统

  预测系统通过分析生产过程数据,建立神经网络与机理模型,该模型能够迅速准确的预测并在线输出预测结果,NOx/NH3含量等。同时预测模型实时智能分析历史数据,实时优化预测模型,保持预测模型持续更新,降低工艺参数变化带来的影响。预测系统可有效克服仪器检测存在的数据缺损和滞后问题,为优化控制提供数据支撑。

  NOx预测

  3、PIT高效非催化脱硝控制系统

  PIT-heSNCR已经安装在德国各地的许多不同工厂中。在中国的海螺集团白马山水泥厂,西南水泥的四川国大水泥、四川国胜水泥也得到了很好的应用,NOX可以分别控制在200 mg/Nm3、100 mg/Nm3、50mg/Nm3 以下稳定运行,NOX排放量减少60-90%。

  系统设计

  不同工况各喷枪的效率曲线,实时工况喷头效率优选

  PIT投入前后对比

  4、PIT高效非催化脱硝喷嘴

  非催化反应中,还原剂被喷入具备最佳温度窗口的区域。温度过高或过低会生成额外的NOx或造成氨逃逸。两种情况都会降低效率。除了最佳温度,其他参数如雾滴直径和速度也很重要。只有采用恰当的喷嘴和合适的控制原则,雾滴才能达到足够的穿透深度,并保证还原剂在烟气中的最佳分布。

  本方案选用的双流体气力雾化喷嘴,采用了特殊设计的内混合室。根据拉瓦尔原理,将气液混合物加速至超声速,同时产生极细小的雾滴,并具有较宽的调节比。气/液比对雾滴尺寸具有重大影响,可根据现场工况,将雾滴尺寸调节至特定需求。对于不同的液体喷射量,可以相应地改变雾滴大小。通过在喷枪上加装保护管和气体保护套,可保护喷嘴免受高温和腐蚀影响。尤其是在间断运行的状态下,喷嘴不会堵塞,具有 100%的运行可靠性。

  5、控制单元(控制还原剂和雾化空气)

  系统高效运行离不开高品质的精密监测仪器和执行器。秉承德国一贯严谨、精湛的制造工艺,本系统集成了高安全性、高可靠性、高精度德国原产的测量仪器和控制阀门,所有部件都集成成一个整体,便于现场安装和维护。

  二、智能高效脱硝系统heSNCR的应用情况

  1、A厂5000t/d生产线智能高效脱硝系统应用情况

  A厂5000t/d生产线高效SNCR脱硝系统运行后进行了为期六天的测试,测试期间生料喂料量在370-385t/h,熟料KH控制在0.891-0.897之间,SM在2.4-2.47,IM在1.34-1.42,配料较为稳定。

  高效SNCR脱硝系统喷枪布置情况如下:

  测试期间,NOx浓度指标分别按200mg/Nm3、100 mg/Nm3、50 mg/Nm3三个指标进行控制。

  三种不同控制指标情况下,氨水用量情况如下:

  (1)NOx控制在200mg/Nm3时,氨水实际用量为742L/h;

  (2)NOx控制在100mg/Nm3时,氨水实际用量为1169L/h;

  (3)NOx控制在50mg/Nm3时,氨水实际用量为1356L/h;

  通过6天的测试情况可以看出,高效SNCR可以将NOx控制在50mg/Nm3,操作更为简便。高效SNCR系统可实现精细化操作,操作简洁,只需要输入NOx控制目标,即可自动进行调节,无需人为的干扰,减小操作压力。

  2、B厂5000t/d生产线智能高效脱硝系统应用情况

  原脱硝系统与PIT智能优化SNCR系统(heSNCR)的对比

  深蓝:烟囱的NOX恒定

  橙色:关闭老SNCR

  浅蓝:打开为heSNCR,氨水消耗明显减少

  heSNCR跟随工艺波动

  图表显示四对喷枪的氨水分配。分配不是固定的,每对喷枪的分配差异取决于熟料的工艺状态。

  三、小结

  氨水消耗量的降低,得益于系统内自带的模型预测控制和机器学习分析软件,通过采集水泥窑系统运行中的各种数据,提前预判NOx生成区域和产生量,再通过分配装置上的各种高精度阀门仪表和喷枪,实现精准雾化喷氨。随着系统的运行,收集数据的增多,系统自动分析数据后,实时调整各喷枪的效率曲线,自动实现实时工况喷头效率优选,进一步降低氨水用量。

(责任编辑:王琲建)

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