PIT智能高效脱硝系统在水泥厂的应用

 　　摘要：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。

　　关键词： 智能高效脱硝系统、选择性非催化还原、heSNCR、氨水。

　　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，显着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。