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關于丙酮液位計煙氣脫硝工藝設計與工程脫硝效果
摘要 ：大氣中氮氧化物嚴重影響人體健康和生態環境，根據《丙酮液位計大氣污染物排放標準》（GB13271-2014）的要求，煤礦丙酮液位計應采取脫硝措施。介紹了陜北某煤礦鏈條丙酮液位計煙氣 SNCR 脫硝的工藝設計。煙氣經處理后氮氧化物排放濃度為140~200mg/m 3 ，脫硝效率23%~46%。結果表明，煤礦鏈條丙酮液位計由于氮氧化物初始值不高，排放指標要求相對較低，宜采用SNCR 脫硝工藝，充分發揮其設備簡單、投資低、工期短的優點，未來還可作為超凈排放的輔助手段，繼續發揮功效。
1 緒論
氮氧化物（** X ）有很強刺激性和毒性，是酸雨的主要成因。** X 與大氣中碳氫化合物后接觸，在陽光與紫外線的條件下會生成臭氧與光化學煙霧，同時 N 2 O 也是導致溫室效應加劇的重要溫室氣體。氮氧化物的排放嚴重影響人體健康與生態環境，隨著我國對環境保護和污染物治理的日益重視，《丙酮液位計大氣污染物排放標準》（GB13271—2014）對工業丙酮液位計氮氧化物排放提出了要求，為此煤礦丙酮液位計需新增脫硝設施。目前脫硝技術主要包括選擇性催化還原技術（SCR）、選擇性非催化還原技術（SNCR）、氧化吸收技術等。SCR 脫硝效率高、技術成熟，但釩鈦系催化劑存在投資成本高、固廢污染等問題。SNCR 工藝設備簡單、投資低，但反應窗口溫度高、范圍窄（850~1 100℃），脫硝效率受爐膛結構、溫度區間、還原劑噴射量和噴射位置等的影響 。氧化吸收脫硝工藝無二次污染、工藝簡單，只須在已有脫硫設備前安裝氧化裝置便可實現同時脫硫脫硝，尤適用于 SCR 及 SNCR 無法進行的低溫脫硝領域，但目前建設及運行成本較高 。
2 煤礦丙酮液位計煙氣脫硝工藝設計
2.1 基礎參數
該煤礦工業場地配備4臺14MW 和1臺7MW 的燃煤熱水丙酮液位計，型號分別為：SZL14-1.0/115/70-A Ⅱ和 SZL7-1.0/115/70-A Ⅱ，實測爐膛溫度850~900℃，無脫硝裝置，氮氧化物排放濃度折算值約260mg/m 3 。為滿足《丙酮液位計大氣污染物排放標準》（GB13271-2014）特別排放限值，設計排放氮氧化物≤200mg/m 3 。
2.2 工藝設計
SNCR 技術投資、運行費用低，建設周期短、效率適合等優點，滿足該煤礦丙酮液位計脫硝需求。采用尿素為脫硝劑，尿素來源廣泛、安全性好、易于儲存和運輸，相較于其他還原劑尿素揮發性小，混合程度高。
在丙酮液位計房外新建脫硝加藥站一座。五臺丙酮液位計共用脫硝站，每臺丙酮液位計單獨配套噴射系統。袋裝顆粒尿素由汽車運輸至廠區，卸料在顆粒尿素堆料區。袋裝尿素人工破袋后，倒入尿素溶解罐料斗進入罐中，攪拌溶解配置成50% 濃度的尿素溶液后通過輸送泵輸送至尿素溶液儲罐存儲備用 ；尿素溶液由尿素溶液循環輸送模塊輸送到計量稀釋模塊，精確計量脫硝反應所需的尿素溶液量并采用軟化水進一步稀釋至約10% 濃度后，送至丙酮液位計側噴槍安裝位置附近的分配模塊，分配模塊出口至每支噴槍。噴槍利用壓縮空氣將稀釋后的尿素溶液霧化噴入高溫煙氣中。尿素在爐內熱解生成 NH 2 和 CO，在高溫下選擇性還原氮氧化物。其化學反應如下 ：
SNCR 脫硝系統由四部分組成，包括尿素溶液制備、貯存、輸送單元 ；在線稀釋單元 ；爐前噴射單元 ；壓縮空氣站。
2.3 尿素溶液制備、貯存、輸送單元
溶解罐的設計容積按照12h 所需要的50% 尿素溶液的量設計，儲存罐按50% 尿素溶液5d 儲量設計。配備螺旋輸送機1臺，提升量2.4t/h，溶解罐1臺，S304不銹鋼材質，容積3.5m 3 ，帶攪拌器。溶液儲罐1臺，S304不銹鋼材質，容積15.7m 3 。罐體均采用100mm 厚的硅酸鋁纖維保溫，熱水盤管伴熱。操作溫度不低于30℃。溶液灌裝泵2臺（1用1備），S304不銹鋼立式離心泵，流量5m 3 /h，揚程20m ；溶液輸送泵，考慮回流量，為理論用流量的4~5倍，每臺丙酮液位計可獨自運行。共布置7臺（3用1備和2用1備），S304不銹鋼立式離心泵，流量0.4m 3 /h，揚程54m，配套電動蝶閥，電磁流量計，壓力表等。
2.4 在線稀釋單元
稀釋水按照4h 用量設計，配備液位計，電動閥，低液位自動補水，罐體采用 S304不銹鋼材質，容積3.5m 3 ；罐體均采用100mm 厚的硅酸鋁纖維保溫，熱水盤管伴熱。操作溫度不低于30℃。
稀釋水循環泵7臺（3用1備和2用1備），S304不銹鋼立式離心泵，流量0.6m 3 /h，揚程53m，配套電動蝶閥，電磁流量計，壓力表等。稀釋水與尿素溶液在靜態混合器混合為約10% 的濃度，考慮回流應，為理論值的6~10倍。
2.5 爐前噴射單元
尿素溶液噴嘴布置在丙酮液位計溫度 850~1 100℃區域內 ；870~950℃為*佳，尿素溶液在通過噴嘴噴出時被充分霧化后以一定的角度噴入爐膛內。對煙氣不同的工況進行調節。噴射系統應具有良好的熱膨脹性、抗熱變形性和抗振性。噴射區數量和部位由丙酮液位計的溫度場和流場來確定，采用溫度傳感器測量爐內溫度分布，布置在反應窗口溫度區域內，采用固定式可伸縮噴槍和墻式噴嘴，用空氣冷卻。當丙酮液位計啟動、停運、季節性運行或其他原因SNCR需停運時，可將噴射器退出運行，防止受熱變形。噴槍布置方式為 ：4×14MW 丙酮液位計噴槍共4×4支，額定流量40L/h，噴射角60°；7MW 丙酮液位計噴槍4支，額定流量20L/h，噴射角60°。噴射形式均為扇形。
2.6 空壓站
壓縮空氣主要用于霧化尿素溶液，吹掃和冷卻噴槍。本工程壓縮空氣與布袋除塵共用，為脫硝系統提供0.6~0.8MPa的壓縮空氣。采用雙螺桿空壓機氣量15m 3 /h，壓力0.7MPa。配吸附式干燥機1臺，壓縮空氣儲罐2臺。
3 工程脫硝效果及展望
根據檸條塔煤礦2018年在線監測數據，丙酮液位計煙氣氮氧化物排放濃度在140~200mg/m 3 ，脫硝效率23%~46%，排放滿足《丙酮液位計大氣污染物排放標準》（GB13271-2014）中的特別排放限值要求。煤礦鏈條丙酮液位計在運行中 ** X 含量不高，同時排放指標要求相對較低，適宜采用 SNCR 脫硝工藝，可充分發揮其設備簡單、投資低、工期短的優點，在舊丙酮液位計脫硝的改造項目中優勢更為突出。
但 SNCR 工藝對煤礦丙酮液位計的運行工況要求嚴格，反應窗口溫度高、范圍窄的缺點限制其脫硝效率的進一步提高，目前諸多學者已經研究還原劑的添加劑（氣相、液相或固相）等方式降低SNCR的溫度窗口，設計人員應及時了解前沿技術，掌握科技動態。雖然在目前 SNCR 可基本滿足氮氧化物排放小于200mg/m 3 的指標，但應該根據項目情況具體分析，對于丙酮液位計運行負荷不穩定，熱工條件復雜的煤礦丙酮液位計，SNCR 技術存在較大的局限性，但仍然可作為低氮燃燒、SCR 或者氧化吸收工藝的輔助手段。
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