董蕊，陳昌華，李寧

水泥回轉(zhuǎn)窯溫度達(dá)到1 500℃左右時(shí)，空氣和煤中的氮大量轉(zhuǎn)化為NOX，排放到空氣中時(shí)會(huì)造成污染。目前，我國水泥行業(yè)NOX排放量僅次于火力發(fā)電和汽車行業(yè)，位居第三，已成為環(huán)保部門關(guān)注的重點(diǎn)。GB 4915-2013《水泥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定，水泥生產(chǎn)的NOx排放濃度＜400mg/Nm3，部分省份地方規(guī)定執(zhí)行排放標(biāo)準(zhǔn)＜300mg/Nm3。近年來，環(huán)保要求益發(fā)嚴(yán)格，部分重點(diǎn)地區(qū)開始提出排放標(biāo)準(zhǔn)＜50mg/Nm3的要求，導(dǎo)致SNCR系統(tǒng)即使噴入大量的氨水也無法滿足此要求，因此水泥企業(yè)必須進(jìn)行深度脫銷的技術(shù)改造。

某生產(chǎn)線位于河北省邢臺市，設(shè)計(jì)產(chǎn)量3 000t/d，于2011年投產(chǎn)運(yùn)行。2019年河北省邢臺地區(qū)出臺文件，要求水泥窯煙氣NOX排放濃度控制在50mg/Nm3以下，此生產(chǎn)線現(xiàn)有SNCR脫硝系統(tǒng)不能滿足當(dāng)?shù)丨h(huán)保脫硝排放控制指標(biāo)要求。在保證系統(tǒng)產(chǎn)質(zhì)量的前提下，該生產(chǎn)線進(jìn)行了脫硝系統(tǒng)的改造與優(yōu)化。

1 生產(chǎn)線配置及運(yùn)行情況

1.1 燒成系統(tǒng)設(shè)備配置（表1）

表1 燒成系統(tǒng)主要設(shè)備配置表

1.2 原燃料情況

本項(xiàng)目采用石灰石、砂巖、鐵粉、粉煤灰和煤矸石多組分配料，采用正常煙煤作為燃料。生產(chǎn)線生/熟料成分分析見表2，生產(chǎn)線用煤的工業(yè)分析見表3。

表2 生/熟料成分分析

表3 生產(chǎn)線用煤工業(yè)分析

1.3 改造前系統(tǒng)運(yùn)行情況

熟料產(chǎn)量為3 000t/d，燒成系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)煤耗為108kg/t.cl左右，與同規(guī)模的生產(chǎn)線相比，煤耗處于較好水平。

改造前燒成系統(tǒng)中控畫面見圖1。從中控畫面可見，預(yù)熱器出口溫度為330℃，出口壓力為-5 500Pa。分解爐出口溫度為890℃～900℃，出口壓力為-700Pa。C5出口溫度為870℃～880℃，C5出口負(fù)壓為-1 200Pa左右。

圖1 改造前燒成系統(tǒng)中控畫面

1.4 改造前脫硝情況

生產(chǎn)線SNCR系統(tǒng)主要由氨水儲罐、輸送泵、1套流量計(jì)、4支氨水噴槍及配套設(shè)備等構(gòu)成，噴槍位置位于分解爐出口和C5旋風(fēng)筒出口管道處。

改造前生產(chǎn)線脫硝系統(tǒng)運(yùn)行畫面見圖2。生產(chǎn)線在正常產(chǎn)量下，煙氣NOX排放濃度控制在100～110mg/Nm3左右，氨水濃度為20%，對應(yīng)的氨水用量為500～800kg/h。

圖2 改造前脫硝系統(tǒng)運(yùn)行畫面

2 技改方案

2.1 分解爐技改方案

（1）現(xiàn)有分解爐為帶預(yù)燃室的兩缽分解爐，整體爐容較小，僅有900m3，不利于分解爐內(nèi)煤粉的燃盡。在滿足分解爐脫硝效率和不影響煤粉燃盡度的條件下，本次技改考慮對現(xiàn)有分解爐進(jìn)行擴(kuò)容。技改時(shí)，將分解爐延伸到塔架外，再通過延伸管道返回塔內(nèi)與C5旋風(fēng)筒相連接。通過此方式，分解爐容積在現(xiàn)有基礎(chǔ)上增加了60%以上，爐內(nèi)氣體有效停留時(shí)間＞6s，延長了分解爐還原區(qū)和燃盡區(qū)的空間，從而提高了脫硝效率和煤粉燃盡度。

（2）在三次風(fēng)管上增加脫硝風(fēng)管。

（3）進(jìn)料點(diǎn)采用預(yù)燃室頂部、分解爐錐部和分解爐柱體三點(diǎn)進(jìn)料的形式，合理控制預(yù)燃室和主爐溫度。

（4）喂煤點(diǎn)用5支煤管分別喂入預(yù)燃室頂部分解爐錐部，通過采用燃料分級燃燒技術(shù)，形成局部還原氣氛來降低NOx的排放濃度。

分解爐技改方案示意圖見圖3。

圖3 分解爐技改方案示意圖

2.2 現(xiàn)有SNCR系統(tǒng)優(yōu)化

進(jìn)一步優(yōu)化現(xiàn)有SNCR系統(tǒng)，以提高氨水利用率。

2.2.1 SNCR噴槍及噴射點(diǎn)位置優(yōu)化

采用多點(diǎn)噴射的方式提高SNCR脫硝效率。技改時(shí)考慮新增8支噴槍，分別于C5旋風(fēng)筒錐體和C5旋風(fēng)筒進(jìn)口處各布置4支，同時(shí)在延伸管道彎頭兩側(cè)布置若干噴槍預(yù)留口。另外，要求所有噴槍均有良好的霧化效果和分散效果。

2.2.2 流量控制系統(tǒng)優(yōu)化

現(xiàn)有1套流量控制器，本次技改考慮增加2套流量控制器，將噴槍分為3組，每組由1個(gè)流量計(jì)控制。通過合理控制各噴槍組的氨水流量，優(yōu)化SNCR系統(tǒng)噴氨分布，提高脫硝效率。

3 改造后情況

3.1 改造后系統(tǒng)運(yùn)行情況

改造后燒成系統(tǒng)中控畫面見圖4。從中控畫面看，預(yù)熱器出口溫度正常為320℃，出口壓力為-5 300Pa。分解爐出口溫度880℃～890℃，出口壓力為-600Pa。C5出口溫度為830℃～840℃，C5出口負(fù)壓為-1 200Pa左右。改造后分解爐系統(tǒng)阻力略有降低，系統(tǒng)產(chǎn)量與改造前相當(dāng)，煤耗穩(wěn)定，整體運(yùn)行平穩(wěn)。

圖4 改造后燒成系統(tǒng)中控畫面

3.2 改造后脫硝情況

改造后脫硝系統(tǒng)運(yùn)行畫面見圖5。生產(chǎn)線在同等產(chǎn)量下，煙氣NOX超低排放濃度可控制為35～45mg/Nm3，氨水濃度為20%，單位熟料氨水用量＜4kg/t.cl。

圖5 改造后脫硝系統(tǒng)運(yùn)行畫面

改造后，實(shí)測煙氣排放值見表4。改造前后的產(chǎn)量、能耗及脫硝運(yùn)行指標(biāo)對比見表5。

表4 實(shí)測煙氣排放值

表5 技改前后數(shù)據(jù)對比表

4 結(jié)語

本項(xiàng)目通過分解爐的改造及SNCR系統(tǒng)的優(yōu)化，在系統(tǒng)產(chǎn)量、熱耗及氨水用量基本保持不變的前提下，實(shí)現(xiàn)了煙氣NOX排放濃度＜50mg/Nm3的排放指標(biāo)，分解爐內(nèi)煤粉的燃燒狀態(tài)有了改善，爐內(nèi)未出現(xiàn)結(jié)皮、塌料，改造效果顯著，經(jīng)濟(jì)效益明顯。