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某 5 000 t/d 新型干法水泥生产线铠装化 SNCＲ 脱硝设备应用 张会来周欣刘辰韩颖杰董丽彦吴文 中节能六合天融环保科技有限公司， 北京 100085 摘要 针对目前新型干法水泥行业脱硝技术的快速需求， 设计研发了有效缩短施工周期的 “铠装化 SNCＲ 脱硝设备” 系 列产品， 铠装化设备将输送、 计量、 调节、 混合等工艺集成化， 将原 SNCＲ 施工模式通过铠装的方式产品化、 规范化、 标 准化和模块化。产品应用于某 5 000 t/d 新型干法水泥生产线， 系统运行 168 h， 出口浓度稳定在 260 mg/m3以下， NOx 去除效率稳定在 67左右， 最高去除率达 72， 满足去除效率 60的排放要求。 关键词 水泥; SNCＲ; 脱硝; 铠装化 DOI 10. 13205/j． hjgc． 201409035 THE APPLICATION OF INTEGＲATED SNCＲ DeNOxEQUIPMENTS IN A 5 000 t/d CEMENT PＲODUCTION LINE Zhang HuilaiZhou XinLiu ChenHan YingjieDong LiyanWu Wen CECEP Liuhe Talroad Environmental Technology Co． ， Ltd，Beijing 100085，China AbstractFor the rapid requirement of dry cement denitrification industry technology，the series“Integrated SNCＲ DeNOx equipments”products were designed and developed． Transporting，measuring， regulating， mixing and other processes were integrated，which normalized，standardized and modulated the original SNCＲ construction． Products were used in a 5 000 t/d cement production line． The entire period of the system ran 168 h． The NOxconcentration of outlet was stabilized below 260 mg/m3and the removal efficiency was about 67． The highest removal efficiency reached 72 which could satisfy the emission requirement of 60。 Keywordscement;SNCＲ;denitration;integrated 收稿日期 2013 －10 －08 1概述 水泥工业氮氧化物排放量占工业系统总排放量 的 10， 是居火力发电和汽车尾气排放之后的氮氧 化物排放的第三大源， 是“十二五” 氮氧化物减排的 重要领域之一。2011 年 12 月 15 日国务院印发国 家环境保护 “十二五” 规划 ， 要求加大二氧化硫和氮 氧化物减排力度， 新型干法水泥窑要进行低氮燃烧技 术改造， 新建水泥生产线要安装效率不低于 60 的 脱硝设施。在新 水泥工业大气污染物排放标准 征 求意见稿中， 现有水泥企业氮氧化物排放限值由原来 的 800 mg/m3降至 450 mg/m3， 新建水泥企业氮氧化 物排放限值规定为 320 mg/m3， 北京市地方标准水泥 工业大气污染排放标准征求意见稿中氮氧化物第Ⅱ 时段排放限值降低为 200 mg/m3［1 ］。 应用于水泥行业的脱硝技术主要有低氮燃烧技 术、 选择性非催化氧化还原技术 SNCＲ 和选择性催 化氧化还原技术 SCＲ 。SNCＲ 技术因其一次性投 资低、 运行成本低、 技术成熟等因素在水泥行业脱硝 应用中具有主导优势［2- 3 ］。 截至 2010 年我国新型干法水泥窑生产线已达 1 330条 ［4 ］， 针对数量巨大的脱硝项目建设， 以及趋于 严格的氮氧化物排放要求， 如何缩短脱硝设备的生产 周期、 使脱硝项目快速影响环保要求， 成为目前水泥 行业脱硝的一个关键性因素。 2设计方案 针对目前水泥行业脱硝项目施工周期长的缺陷， 851 环境工程 Environmental Engineering 我公司提出了 “铠装化 SNCＲ 脱硝设备” 的概念。将 SNCＲ 脱硝工艺细化为储存模块、 稀释模块、 分配模 块、 喷射模块及电气控制模块。 2. 1设计原则及要求 传统的 SNCＲ 脱硝工艺为现场施工模式， 为了缩 短工期， 铠装化 SNCＲ 脱硝设备需进行合理设计， 整 个工艺需要重新改进、 设计和整合， 以实现和完成工 艺整体的规范化、 标准化和模块化 ［5- 6 ］。 SNCＲ 脱硝设计需包含氨水储存、 工艺水储存、 氨水输送、 工艺水输送、 氨水和稀释水的计量和控制、 氨水和稀释水的混合、 稀氨水的计量和输送、 稀氨水 的分配、 喷枪、 压缩空气系统、 卸氨水系统及控制 系统。 具体的设计原则包括 1完整的 SNCＲ 工艺功 能的实现和稳定运行; 2输送、 计量等的合理组合和 模块化设计; 3氨水、 稀释水的输送、 计量及有效混 合; 4稀氨水的均匀分配及计量; 5喷枪喷射满足 合理的喷射穿透力和雾化性能; 6控制系统对稀氨 水配比用量的调控， 实现友好的可视化监测和控制 功能。 2. 2设计方案 在完成设计原则的基础上， 通过多次方案必选， 最终 SNCＲ 系统的铠装化包含储存氨水、 稀释水、 压 缩空气的储存模块， 稀氨水、 稀释水输送、 混合、 计量 和控制系统的主机柜， 稀氨水计量和输送分配的分布 模块， 以及完成合理喷射的喷枪系统。 2. 2. 1存储模块 储存模块主要包括布置于氨区氨水储罐、 稀释水 储罐以及放置于一层平台的压缩空气储罐。氨水储 罐用于储存氨水， 按照不小于单套 SNCＲ 装置 100 负荷下 5 天的总消耗量设计储存容量。稀释水储罐 用于储存稀释水， 按照不小于单套 SNCＲ 装置 100 负荷下 2 h 的总消耗量设计储存容量， 作为系统稀 释、 冲洗、 应急水源。氨水储罐和稀释水储罐均设有 人孔、 溶液入口、 溶液出口、 液位计、 温度表口、 呼吸口 和泄放口等。压缩空气储罐用于供应系统喷射所需 的雾化空气、 冷却保护空气， 按照还原剂喷射所需总 消耗量设计储存容量。 2. 2. 2主机柜 如图 1 所示， 采用高强度笼式设计的主机柜内集 成了氨水卸料泵、 氨水输送泵、 稀释水输送泵、 压力调 节阀、 压力变送器、 流量计等热控元件， 以及电气控 制。主机柜中装配体集成设计， 其安装经严密计算和 测量、 结构紧凑、 组件布置合理、 空间利用充分。管线 部件间距紧密且便于操作， 稀释水输送泵与氨水输送 泵之间留有检修空间， 采用顶部管线调高设计避免影 响检修人员通行。为了避免顶部管线上的测试元件 泄露影响机泵， 采用错位设计。 图 1主机柜三维示意 Fig．1The 3D illustration of main cabinet 主机柜内部设置冷暖空调， 以保证主机柜内设备 处于适合的工作温度。内部设置排风扇， 保证主机柜 的通风， 同时设置防爆灯， 用以照明。 对外连接端口和 Y 型过滤器布置于主机柜柜体 外， 全部位于同一水平面上， 便于工作人员操作， 且避 免了零部件拆卸时污染主机柜内部。 主机柜将所有设备重心集中于机柜底盘中心， 保 持主机柜整体平衡， 便于用叉车安装和放置。主机柜 顶设有 4 个吊装环， 便于吊装安装。 该主机柜壳体内外层均采用经喷塑处理的钢板， 中间层采用保温棉填充。采用此二夹一工艺， 既使得 壳体表面美观扎实， 又能减少与外界热交换， 以保持 主机柜内部温度稳定， 还可以起到隔音降噪的作用。 2. 2. 3分配模块 如图 2 所示， 分配模块主要用于将还原剂喷射所 需介质 氨水和压缩空气均匀分配至各喷射层， 并 保证喷射层各喷枪中喷射介质的流量、 压力达到均匀 一致。分配模块主要包括压力表、 压力变送器、 电磁 阀和分配环管等。 图 2分配模块三维示意 Fig．2The 3D illustration of distribution module 951 清洁生产与节能减排 Cleaner Production，Energy- Saving ＆ Emission Ｒeduction 2. 2. 4喷射模块 喷射模块用于将还原剂喷入指定区域， 并且可以 精确计量和独立控制每支喷枪喷射所需介质的流量， 其设计应适应分解炉任何负荷下的持续安全运行， 并 能适应负荷变化和机组启停次数的要求。 如图 3 所示， 来自混合器的氨水通过管道输送 到喷射模块， 喷枪内同时通入压缩空气将氨水雾化 后， 经喷嘴喷入炉膛内。通过手动调节阀控制喷射 介质的流量大小， 通过压力表指示各喷枪的相对流 量大小。每支喷枪可相互独立地进行运行和控制， 该特性允许隔离每个喷枪进行维修且不会影响工 艺性能。 1喷枪; 2喷枪套管; 3压力表; 4氨水输送管路; 5压缩空气输送管路; 6快速接头 图 3喷射模块三维示意 Fig．3The 3D illustration of jetting modules 2. 2. 5喷枪设计 SNCＲ 用喷枪采用自主设计的双腔混合双层喷 射型喷枪， 喷枪内部通过设置两个单向联通的混合腔 来实现两个腔体内的还原剂和压缩空气的组分含量 不同， 以实现第一混合腔中还原剂和压缩空气具有强 穿透力的特点， 第二混合腔中还原剂和压缩空气具有 强雾化性能。为了防止在喷射时两种气液混合物发 生相互影响， 设计中采用双层套管喷射机构。中心喷 射管对应第一混合腔， 环形喷射管对应第二混合腔。 双层套管喷射机构可有效配合两个混合腔内气液混 合物组分不同的特点， 实现更好的喷射性能。 2. 2. 6控制系统设计 电气控制模块集中了 SNCＲ 系统所有用电设备 的电气系统 外围电气系统设置在氨区内 和所有的 控制系统。依据产品的不同配置， 集中控制室内可选 配工控机作为控制终端。 主机柜内的电气系统为主机柜内的电动机、 控制 系统、 主机柜内空调、 照明等用电单元提供电力， 其总 电源来自氨区内的外围电气系统。电气系统包括主 机柜内断路器、 接触器等元件， 电动机出线采用电机 智能保护器保护。配电柜设置相应等级的电涌保护 器 SPD 。 控制系统包括主机柜内 PLC、 集中控制室内工控 机 可选配置 、 触摸屏和自主开发的 SNCＲ 软件。 集中控制室内工控机监控整个系统的运行工况。在 PLC 前设置一台前端机， 进行数据采集和传送。工控 机与 PLC 之间通过 PPI 协议连接， 构成完整的系统结 构。工控机集成 ＲS232 接口， 通过通讯口连接下位 PLC 的 CPU， 进行设备运行状态和参数的远程监测与 控制。工控机还留有开放的软件、 硬件接口同公司局 域网相连。工控机和触摸屏互为冗余， 具有良好的实 时性。图 4 为主机柜触摸屏系统及工控机系统的主 界面。 图 4主机柜触摸屏系统主界面 Fig．4The main interface of main cabinet touch screen system 3现场实施 铠装化 SNCＲ 脱硝产品现场安装包含 氨区土建 工程、 屋架建设、 主要设备安装、 管道连接及电缆、 信 号线接线。 3. 1土建施工 土建施工流程为 测量放线→地基开挖→地基处 理换填→垫层浇注→基础承台、 设备基础钢筋绑扎→ 基础承台、 设备基础模板安装→基础承台、 设备基础 预埋件、 螺栓安装→基础承台、 设备基础钢筋混凝土 浇筑→基础钢筋混凝土拆模→排水沟施工→内地坪 土方回填→地面施工。 3. 2屋架建设 为保障氨区稳定运行的工作环境， 避免阳光直照 和雨水淋浸， 需进行屋架建设 为方便氨区设备安 装， 应在该氨区设备安装完成后建设屋架 。屋架建 设的工艺流程为 屋架拼组→屋架安装→构件连接与 固定。 3. 3主要设备安装 氨区土建完成后， 在氨区安装主要设备。氨区安 061 环境工程 Environmental Engineering 装设备主要包括主机柜、 氨水储罐、 稀释水储罐、 现场 就地配电箱、 废水泵、 洗眼器、 风向袋等。 3. 4管道连接 如图 5 所示， 管道连接包含氨水溶液管道、 稀释 水管道及压缩空气管道。 1稀释氨水出口; 2氨水卸料泵出口; 3氨水卸料泵入口; 4稀释水入口; 5氨水入口 图 5主机柜进出口排列示意 Fig．5The schematic of import and export in the main cabinet 稀释水管道的连接， 将稀释水母管连接至氨区， 稀释水储罐出口连接至主机柜稀释水输送泵入口连 接法兰。 氨水罐车出口连接至卸料泵入口法兰， 氨水储罐 入口连接至主机柜氨卸料泵出口管路。氨水储罐出 口连接至主机柜氨水输送泵管路入口法兰。稀释后 的氨水从主机柜稀释模块出口管路连接至各分配模 块， 由分配模块经分配环管分配给各喷枪， 再喷入 炉膛。 压缩空气母管引至压缩空气罐， 压缩空气罐布置 于距离压缩空气母管较近的一层平台上。压缩空气 罐出口连接至各分配环管， 经分配环管分配给各喷 枪， 用于雾化喷射稀释氨水。 储罐区管道均接入主机柜， 后进入分布、 喷射区， 主机柜进出口布置设置在同一水平面上， 方便进行连 接、 外观简洁美观。 4实施效果 4. 1施工速度 传统的 SNCＲ 施工工序和铠装化 SNCＲ 的主要 差别在主机柜及分布模块包含的氨水卸料泵， 氨水输 送泵、 稀释水输送泵， 压力调节阀、 压力变送器、 流量 计等热控元件、 电气控制等的现场施工安装。由于采 用铠装设计， 将现场施工变为产品化设备， 因此“铠 装化 SNCＲ” 只需将主机柜等设备运至现场后进行管 道连接和电缆、 信号线连接即可开始正常运转。 4. 2成本 由于减少了现场施工周期， 减少了施工现场的投 资， 同时由于“铠装化 SNCＲ” 的高度集成化， 使得使 用的包括管道、 电缆、 控制线等在内的基础设备用量 大大减少。另外由于采用了产品化的思想， 工程施工 前的产品加工作为标准化设备可以有效减少投资 用量。 4. 3NOx脱除效果 在某 5 000 t/d 新型干法水泥生产线， 针对该生 产线烟气量 54 0543 m3/h， NOx浓度≤800 mg/m3 ， 分 解炉内温度 850 ～1 050 ℃的条件， 采用 TＲ- CDN3000 “铠装化 SNCＲ 脱硝设备” ， 采用 TＲ- INJ3000 系列喷 枪， 连续运行 168 h。 连续运行 168 h 的运行数据如图 6 所示， 入口、 出口 NOx浓度数据采自 CEMS 在线监测设备。运行 7 天中 NOx入口浓度最高为 709 mg/m3， 最低为 620 mg/m3， 经铠装化 SNCＲ 后， 出口浓度稳定在 260 mg/m3以下， NOx去除效率稳定在 67 左右， 最 高去除效率达到 72， 满足去除效率 60 的排放 要求。 4. 4标准化设备加工精度 “铠装化 SNCＲ” 设备采用标准型模块化设计， 机 泵、 管线、 仪表等装备安装紧凑， 各部件均采用 SS304 或 SS316 材质， 电磁流量计、 电动调节阀等均采用国 外知名设备， 喷枪采用自主设计研发的双腔混合双层 喷射工艺， 主机柜外壳采用二夹一制造工艺， 内外面 板采用喷塑处理， 面板间设置保温层。 “铠装化 SNCＲ” 设备出厂前均经过打压测试、 模 拟运行确保系统能正常运行， 喷枪亦经喷射性能测试 后出厂。完善的检测和测试确保完成系统出厂后连 接外接管路后马上投入运行， 缩短工期。 5结论 1针对目前新型干法水泥行业脱硝技术的快速 需求， 设计研发了有效缩短施工周期的“铠装化 SNCＲ 脱硝设备” 系列产品， 铠装化设备将输送、 计 量、 调节、 混合等工艺集成化， 将原 SNCＲ 施工模式通 过铠装的方式产品化、 规范化、 标准化和模块化。 2“铠装化 SNCＲ 脱硝设备” 由于其将工程产品 化的理念和实施过程， 缩短了施工周期， 同时由于合 理的布局和批量化生产节省了投资。 3应用于某 5 000 t/d 新型干法水泥生产线， 系 统运行 168 h， 出口浓度稳定在 260 mg/m3以下， NOx 去除效率稳定在 67左右， 最高去除效率达到 72， 满足去除效率 60的排放要求。 161 清洁生产与节能减排 Cleaner Production，Energy- Saving ＆ Emission Ｒeduction 图 6现场运行 NOx去除情况 Fig． 6The removal rate of NOxat operation conditions 参考文献 ［1］水泥行业准入条件． 中华人民共和国工业和信息化部公告 ［ EB］ ． 工原［ 2010］ 127 号． 2010 －11 －16. ［2］胡浩毅． 以尿素为还原剂的 SNCＲ 脱硝技术在电厂的应用 ［ J］． 电力技术， 2009， 3 3 22- 25. ［3］黄荣富，刘学炎，王岳军，等． SNCＲ 脱硝技术在某水泥厂脱 硝工程应用［ J］ ． 环境工程， 2013， 31 S1 409- 411. ［4］范海燕，朱虹，金瑞奔，等． 水泥炉窑 SNCＲ 及 SCＲ 烟气脱硝 技术比较［ J］． 环境工程， 2012， 30 S1 183- 186. ［5］童时中． 模块化原理设计方法及应用［ M］ ． 北京中国标准出 版社， 2000. ［6］胡晓鹏． 模块化整合标准化 产业模块化研究［J］． 中国工业 经济， 2005 9 67- 74. 第一作者 张会来 1989 － ， 硕士研究生， 工程师， 从事大气污染控制 技术研究。huilai． zhang talroad． com． cn 通讯作者 宋宝华 1980 － ， 硕士研究生， 副总工程师， 从事大气污染 控制技术研究。 櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅 baohua． song talroad． com． cn 上接第 73 页 ［2］赵毅， 王志轩， 马双忱， 等． 袋式除尘器在燃煤电厂的应用与前 景［J］． 华北电力大学学报， 2003 6 90- 93. ［3］Johnson P C， Jackson Ｒ． Frictional- collisional constitutive relations for granular materials， with application to plane shearing［J］ ． Journal of Fluid Mechanics， 1987， 176 67- 93. ［4］李奎中， 莫建松． 火电厂电除尘器应用现状及新技术探讨［J］ ． 环境工程技术学报， 2013， 3 3 231- 239. ［5］米建春， 杜诚， 杨立清． 促进颗粒物相互作用的装置及方法 中 国， CN102000472A［P］ ． 2011 －04 －06. ［6］刘鹤忠， 陶秋根． 湿式电除尘器在工程中的应用［J］． 电力勘测 设计， 2012 3 43- 47. ［7］张磊， 李彦涛， 艾华， 等． 燃煤锅炉烟气微细颗粒物控制技术 ［ J］． 工业安全与环保， 2012 6 28- 30. ［8］朱继保． 细颗粒物的电收集技术研究［D］． 杭州 浙江大学， 2010. ［9］王成福． 工业微细粉尘的危害与有效捕集研究［J］ ． 科技通报， 2013， 29 1 185- 189. ［ 10］NakhornThonglek， ChanchaiDechthummarong， Tanongkiat Kiatsiriroat． Soot treatment by using high voltage pulse energized electrostatic precipitator［ J］ ． Energy Procedia， 2011 9 292- 298. ［ 11］朱法华， 李辉， 王强． 高频电源在我国电除尘器上的应用及节能 减排潜力分析［J］． 环境工程技术学报， 2011， 1 1 26- 32. ［ 12］EsperanzaAlvarez，Jess，CariosKnapp， etal． Pilotplant peraner of a SO2to SO3oxidation eatalyst for flue- gas conditioning［ J］ ． Catalysis Today， 2000， 59 417- 422. ［ 13］刘全辉， 邹标， 陈文瑞， 等． 国产化烟气调质设备的成功应用及 经济性分析［ C］∥第十三届中国电除尘学术会议论文集． 青 岛， 2009 561- 569. 第一作者 陈冬林 1963 － ， 男， 教授， 主要从事高效洁净燃烧技术和 污染物排放控制方面的研究。 通讯作者 吴康 1990 － ， 男， 硕士研究生， 主要从事污染物排放控制 方面的研究。243064692 qq． com 261 环境工程 Environmental Engineering
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