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PIT智能高效脫硝系統在水泥廠的應用

中國水泥網信息中心 · 2019-04-28 10:40 留言

  摘要:介紹了以氨水為還原劑,利用德國steag公司PIT智能高效選擇性非催化還原脫硝技術(heSNCR)在某水泥廠5000t/d生產線的應用實例。在同樣控制標準下,氨水用量減少了30-40%,同時NOx小時均值可以分別平穩地控制在200 mg/Nm3、100 mg/Nm3、50 mg/Nm3以下,達到了水泥行業超低排放的要求。

  關鍵詞: 智能高效脫硝系統、選擇性非催化還原、heSNCR、氨水。

  一、智能高效脫硝系統heSNCR介紹

  選擇性非催化還原(SNCR)是眾所周知的氣體脫硝方法。十幾年來,它已成功應用于水泥行業。基本工作原理是在合適的溫度下將還原劑如氨水注入煙道氣流中。還原劑與一氧化氮和二氧化氮反應,生成氮和水。

  許多SNCR系統消耗超過理論最小量的還原劑以實現所需的還原,如果必須保持非常低的NOX排放水平,氨水消耗幾乎總是呈指數級增加。此外,這通常會導致較高氨逃逸和氣味滋擾。

  簡單的SNCR系統運行不理想主要有以下幾個原因:

  (1)噴射系統的質量不高;

  (2)安裝的噴射器不能很好地覆蓋合適的噴射區域;

  (3)還原劑向所有噴射器均勻分配;

  (4)沒有充分考慮注入區域的實際氣體溫度;

  PiT heSNCR 成功的解決了這些問題。 這最終導致了符合要求的二氧化氮限制,顯著降低還原劑的消耗量。

  1、PIT-heSNCR噴嘴有效性的評估

  采用機器學習完全數據驅動的方法來分析燒成系統,模擬特定工藝條件對現有SNCR噴槍效率的影響,幫助選擇合適的噴嘴和安裝位置。使氨水在NOX含量高的區域蒸發、反應。避免不必要的氨逃逸(高效利用氨水)。實現盡可能高的NOX去除率。

  2、PIT-heSNCR預測系統

  預測系統通過分析生產過程數據,建立神經網絡與機理模型,該模型能夠迅速準確的預測并在線輸出預測結果,NOx/NH3含量等。同時預測模型實時智能分析歷史數據,實時優化預測模型,保持預測模型持續更新,降低工藝參數變化帶來的影響。預測系統可有效克服儀器檢測存在的數據缺損和滯后問題,為優化控制提供數據支撐。

  NOx預測

  3、PIT高效非催化脫硝控制系統

  PIT-heSNCR已經安裝在德國各地的許多不同工廠中。在中國的海螺集團白馬山水泥廠,西南水泥的四川國大水泥、四川國勝水泥也得到了很好的應用,NOX可以分別控制在200 mg/Nm3、100 mg/Nm3、50mg/Nm3以下穩定運行,NOX排放量減少60-90%。

  系統設計

  不同工況各噴槍的效率曲線,實時工況噴頭效率優選

  PIT投入前后對比

  4、PIT高效非催化脫硝噴嘴

  非催化反應中,還原劑被噴入具備最佳溫度窗口的區域。溫度過高或過低會生成額外的NOx或造成氨逃逸。兩種情況都會降低效率。除了最佳溫度,其他參數如霧滴直徑和速度也很重要。只有采用恰當的噴嘴和合適的控制原則,霧滴才能達到足夠的穿透深度,并保證還原劑在煙氣中的最佳分布。

  本方案選用的雙流體氣力霧化噴嘴,采用了特殊設計的內混合室。根據拉瓦爾原理,將氣液混合物加速至超聲速,同時產生極細小的霧滴,并具有較寬的調節比。氣/液比對霧滴尺寸具有重大影響,可根據現場工況,將霧滴尺寸調節至特定需求。對于不同的液體噴射量,可以相應地改變霧滴大小。通過在噴槍上加裝保護管和氣體保護套,可保護噴嘴免受高溫和腐蝕影響。尤其是在間斷運行的狀態下,噴嘴不會堵塞,具有 100%的運行可靠性。

  5、控制單元(控制還原劑和霧化空氣)

  系統高效運行離不開高品質的精密監測儀器和執行器。秉承德國一貫嚴謹、精湛的制造工藝,本系統集成了高安全性、高可靠性、高精度德國原產的測量儀器和控制閥門,所有部件都集成成一個整體,便于現場安裝和維護。

  二、智能高效脫硝系統heSNCR的應用情況

  1、A廠5000t/d生產線智能高效脫硝系統應用情況

  A廠5000t/d生產線高效SNCR脫硝系統運行后進行了為期六天的測試,測試期間生料喂料量在370-385t/h,熟料KH控制在0.891-0.897之間,SM在2.4-2.47,IM在1.34-1.42,配料較為穩定。

  高效SNCR脫硝系統噴槍布置情況如下:

  測試期間,NOx濃度指標分別按200mg/Nm3、100 mg/Nm3、50 mg/Nm3三個指標進行控制。

  三種不同控制指標情況下,氨水用量情況如下:

  (1)NOx控制在200mg/Nm3時,氨水實際用量為742L/h;

  (2)NOx控制在100mg/Nm3時,氨水實際用量為1169L/h;

  (3)NOx控制在50mg/Nm3時,氨水實際用量為1356L/h;

  通過6天的測試情況可以看出,高效SNCR可以將NOx控制在50mg/Nm3,操作更為簡便。高效SNCR系統可實現精細化操作,操作簡潔,只需要輸入NOx控制目標,即可自動進行調節,無需人為的干擾,減小操作壓力。

  2、B廠5000t/d生產線智能高效脫硝系統應用情況

  原脫硝系統與PIT智能優化SNCR系統(heSNCR)的對比

  深藍:煙囪的NOX恒定

  橙色:關閉老SNCR

  淺藍:打開為heSNCR,氨水消耗明顯減少

  heSNCR跟隨工藝波動

  圖表顯示四對噴槍的氨水分配。分配不是固定的,每對噴槍的分配差異取決于熟料的工藝狀態。

  三、小結

  氨水消耗量的降低,得益于系統內自帶的模型預測控制和機器學習分析軟件,通過采集水泥窯系統運行中的各種數據,提前預判NOx生成區域和產生量,再通過分配裝置上的各種高精度閥門儀表和噴槍,實現精準霧化噴氨。隨著系統的運行,收集數據的增多,系統自動分析數據后,實時調整各噴槍的效率曲線,自動實現實時工況噴頭效率優選,進一步降低氨水用量。

編輯:曾家明

監督:0571-85871667

投稿:news@ccement.com

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