袁 暢

（重慶南桐礦業(yè)有限公司， 重慶 400000）

0 引言

重慶青鵬水泥有限公司（簡稱青鵬水泥），是重慶能源投資集團三級子公司，隸屬重慶南桐礦業(yè)有限責(zé)任公司，地處重慶主城區(qū)沙坪壩青木關(guān)鎮(zhèn)，環(huán)保排放指標(biāo)比一般控制區(qū)更加嚴(yán)格，要求從2020年開始煙氣中氮氧化物（NOX）排放限量值需從NOX＜250mg/m3降到重慶主城氮氧化物排放標(biāo)準(zhǔn)NOX＜150mg/m3以內(nèi)；另一方面還需把落后的“SNCR選擇性非催化還原技術(shù)”技改為“特種活化還原法復(fù)合脫硝技術(shù)”，技改后，既實現(xiàn)了NOX達標(biāo)或超低排放，又實現(xiàn)了低氨脫氮，更降低了生產(chǎn)成本。

1 低氨脫氮研究與開發(fā)內(nèi)容

（1）在分解爐下錐體部位形成有效還原區(qū)，并降低燃料型氮氧化物和瞬時型氮氧化物的產(chǎn)生。

（2）建立貧氧還原低氮燃燒區(qū)，使窯內(nèi)產(chǎn)生的熱力型NOX得到有效還原，在等量排放的前提下降低氨水用量。

（3）通過熱生料中堿性氧化物催化還原窯爐內(nèi)產(chǎn)生的NOX并調(diào)節(jié)還原區(qū)溫度。

（4）合理的再平衡計算、規(guī)劃和工藝操作控制調(diào)整，確保生產(chǎn)運行和產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定，有利于提高產(chǎn)質(zhì)量和降低能耗。

（5）優(yōu)化技改后的燃燒器、撒料盒、三次風(fēng)管等設(shè)備，強化了風(fēng)、料、煤在系統(tǒng)內(nèi)的旋流混合效果和傳熱效率，充分發(fā)揮分解爐的功能，提高熱效率，保產(chǎn)保質(zhì)。

2 低氨脫氮的工作原理

2.1 水泥窯燒成系統(tǒng)NOX產(chǎn)生的三個途徑

（1）熱力型NOX?；剞D(zhuǎn)窯內(nèi)高溫狀態(tài)N2與空氣中的O2發(fā)生以下反應(yīng)：

一般來說NOX的形成量與溫度、氧含量和反應(yīng)停留時間成正比。

（2）燃料型NOX。燃料中含氮元素燃燒反應(yīng)產(chǎn)生：

燃料型NOX的產(chǎn)生受溫度、氧含量、煤的種類和細度以及煤揮發(fā)份成分中元素比值有關(guān)。

溫度升高對NOX的產(chǎn)生有促進作用，但NOX生成量與溫度的關(guān)系不大。煤的種類不同，揮發(fā)份含量不同，N含量不同，會導(dǎo)致NOX生成量不同。增加含氧量會增加燃料型NOX的生成。

（3）瞬時型NOX一般產(chǎn)生的比例極小。

2.2 低氨脫氮工作原理

低氨脫氮技術(shù)是在分級燃燒或SNCR脫硝的基礎(chǔ)上，對其系統(tǒng)的風(fēng)、料、煤、煙室縮口結(jié)構(gòu)、入分解爐管道、三次風(fēng)管道、三次風(fēng)入爐位置和入爐角度、C4撒料盒等相關(guān)設(shè)備進行技術(shù)改造升級，通過煤粉在分解爐下錐體部位無焰燃燒產(chǎn)生CO、CH4、H2、HCN和固定碳等還原劑，將窯內(nèi)產(chǎn)生的NOX還原成無污染的N2排入大氣，上述產(chǎn)生的還原劑在分解爐內(nèi)遇到新鮮的三次風(fēng)后會比煤粉更快燃燒并將熱量傳遞給物料，同時配合系統(tǒng)硬件相關(guān)參數(shù)變更匹配和工藝操作調(diào)整達到系統(tǒng)再平衡，實現(xiàn)降低SNCR氨水使用量和高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)穩(wěn)定運行的目的，并有效抑制和降低燃料型和快速型氮氧化物的產(chǎn)生[1-5]，相關(guān)反應(yīng)化學(xué)過程如下：

3 低氨脫氮技改的實施

低氨脫氮技改分為兩大項：鵝頸管技改和分解爐低氨脫氮改造，其中分解爐低氨脫氮改造包括：窯尾三次風(fēng)管優(yōu)化、C4下料管技改及C4分料管改造、尾煤輸送和煤粉燃燒系統(tǒng)技改、SNCR噴槍系統(tǒng)技改優(yōu)化四部分。

3.1 鵝頸管技改

鵝頸管與低氨脫氮同屬一個分解爐系統(tǒng)，其積料是分解爐發(fā)生塌料事故的主要原因之一，本次將它并入低氨脫氮技改。在鵝頸管轉(zhuǎn)彎位置將下半部分拆除，增加分解爐爐容積20m3以上，增加爐容的同時降低鵝頸管下部積灰機率，保證鵝頸管通風(fēng)截面積穩(wěn)定。

3.2 窯尾三次風(fēng)管優(yōu)化

為建立良好的還原區(qū)，用于還原系統(tǒng)產(chǎn)生的NOX，需對入分解爐風(fēng)管進行優(yōu)化，將三次風(fēng)管入爐位置抬高約3m，以建立良好的還原區(qū)，保證還原劑產(chǎn)生反應(yīng)和還原反應(yīng)的效果，如圖1所示。

圖1 三次網(wǎng)管改造示意圖

3.3 C4下料管技改及C4分料管改造

C4下料管中的生料，通過加裝三通分料閥分出一部分生料并引入分解爐下錐體位置，通過翻板鎖風(fēng)閥、撒料盒撒入分解爐內(nèi)，可以達到調(diào)節(jié)分解爐錐部溫度的目的，同時將部分物料喂入改造后的低氧還原區(qū)，利用生料中氧化鈣、堿金屬氧化物對煤焦及煤粉還原NO的催化作用，將窯爐內(nèi)生成的NOX還原為潔凈的氮氣。

具體方案為：原C4下料管和撒料盒位置隨三次風(fēng)管入爐位置同步抬高處理，在原管道合理位置加裝三通分料閥，三通分料閥將物料分成兩路，一路經(jīng)原下料管送入分解爐內(nèi)，另一路物料經(jīng)新加裝的管道、翻板鎖風(fēng)閥、撒料盒喂入分解爐下錐體位置，如圖2所示。

圖2 C4下料技改示意圖

3.4 尾煤輸送和煤粉燃燒系統(tǒng)技改

在尾煤管道進分解爐之前加裝煤粉分配器、兩側(cè)管道一分為二，將尾煤送至改造后的低氮燃燒器后噴入分解爐下錐體中；煤粉經(jīng)燃燒器高速噴入還原區(qū)內(nèi)，使噴入的煤粉在爐內(nèi)形成徑向擴散，強化風(fēng)、煤混合效果，提供缺氧燃燒的必要條件，確保還原反應(yīng)進行徹底，產(chǎn)生良好的脫硝效率，如圖3所示。

圖3 窯尾燃燒器示意圖

3.5 SNCR噴槍系統(tǒng)技改優(yōu)化

具體方案為:在原氨水和壓縮空氣管道合理位置加裝相應(yīng)管道和閥門等，移至五級上升煙道和五級錐體合理位置，加裝氨水噴槍，將氨水噴入。

4 低氨脫氮技改后的技術(shù)指標(biāo)分析

氮氧化物（NOX）降到重慶主城排放標(biāo)準(zhǔn)NOX＜150mg/m3以內(nèi)的測試數(shù)據(jù)。

4.1 NOX≤100mg/m3的測試（見表1）

如表1所示，技改后氮氧化物按≤100mg/m3控制，氨水消耗為2.90kg/t熟料，達到合同約定≤3.5kg/t熟料的要求。

表1 技改后數(shù)據(jù)

4.2 技改前后三個月氨水消耗量對比（見表2）

表2 技改前后數(shù)據(jù)對比

表2中可知，技改前NOX均值控制為185mg/m3時，氨水消耗為4.32kg/t熟料；技改后NOX均值控制為121mg/m3時，氨水消耗為2.54kg/t熟料，技改后節(jié)約氨水效果明顯。

5 低氨脫氮技改效果分析

5.1 經(jīng)濟效益

青鵬公司熟料年生產(chǎn)90萬t/年，20%濃度氨水的單價為800元/t，技改后NOX的控制量分≤150mg/m3、≤100mg/m3的經(jīng)濟效益對比，見表3所示。

表3 技改經(jīng)濟效益

5.2 其他效益

不對系統(tǒng)添加任何外加劑；不形成二次污染；不影響熟料產(chǎn)品質(zhì)量；解決了企業(yè)在主城區(qū)的生存問題。

6 結(jié)束語

水泥行業(yè)的污染問題是國家和社會層面關(guān)注的重點，2013年國家環(huán)保部會同質(zhì)檢總局發(fā)布修訂后的《水泥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB-4915-2013）,該標(biāo)準(zhǔn)大幅縮減了水泥生產(chǎn)線顆粒物、氮氧化物、二氧化硫等污染物的排放限量值。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，煙氣中氮氧化物排放限量值由原來的800mg/m3下調(diào)至400mg/m3，重點區(qū)域執(zhí)行320mg/m3、300mg/m3、260mg/m3等，很多區(qū)域正在醞釀將水泥生產(chǎn)企業(yè)氮氧化物排放標(biāo)準(zhǔn)下降至100mg/m3，在降低排放的前提下降低氨水使用量實現(xiàn)脫硝達標(biāo)是企業(yè)降低生產(chǎn)成本的必由之路。