煙氣脫硝窯尾燒成系統(tǒng)優(yōu)化的實踐應(yīng)用

摘要：本文介紹了煙氣脫硝窯尾燒成系統(tǒng)優(yōu)化的技術(shù)原理和技術(shù)方案，分析了采用窯尾分解爐高強還原燃燒控制技術(shù)可實現(xiàn)將回轉(zhuǎn)窯內(nèi)熱力型NOx高強還原，大大降低了NOx生產(chǎn)量，結(jié)合在山東省某水泥集團(tuán)5000噸熟料生產(chǎn)線的實踐應(yīng)用，通過對分解爐燃燒器、三次風(fēng)管、四級下料點在分解爐分布系統(tǒng)的優(yōu)化，采用煙氣脫硝窯尾燒成系統(tǒng)優(yōu)化后可大大降低NOx本體濃度46%以上，在相同NOx控制指標(biāo)下可節(jié)約氨水用量54%以上，同時可實現(xiàn)NOx控制指標(biāo)在50mg/m3以內(nèi)的超低排放標(biāo)準(zhǔn)，煙氣脫硝窯尾燒成系統(tǒng)優(yōu)化大大降低了NOx排放濃度和排放總量，降低了氨水用量和脫硝成本，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

關(guān)鍵詞：煙氣脫硝；NOx；還原燃燒；超低排放。

1． 前言

隨著環(huán)境保護(hù)工作形勢的日益嚴(yán)峻，NOx作為重點管控指標(biāo)之一，新型干法水泥回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的燒結(jié)溫度高，過?？諝饬看蟆Ox排放濃度高且灰量大使其脫硝工程面臨著艱巨的挑戰(zhàn)。目前用于水泥回轉(zhuǎn)窯NOx排放的控制技術(shù)大多采用選擇性非催化還原技術(shù)SNCR，但SNCR技術(shù)脫氮效率低，日常投入費用太高，給企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營增加了較重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。本文介紹了煙氣脫硝窯尾燒成系統(tǒng)優(yōu)化的技術(shù)原理和技術(shù)方案，通過采用窯尾分解爐高強還原燃燒控制技術(shù)可實現(xiàn)將回轉(zhuǎn)窯內(nèi)熱力型NOx高強還原，大大降低了NOx生產(chǎn)量，結(jié)合在山東省某水泥集團(tuán)5000噸熟料生產(chǎn)線的實踐應(yīng)用，實現(xiàn)了采用煙氣脫硝窯尾燒成系統(tǒng)優(yōu)化后可大大降低NOx本體濃度56%以上，在相同NOx控制指標(biāo)下可節(jié)約氨水用量58%以上，煙氣脫硝窯尾燒成系統(tǒng)優(yōu)化大大降低了NOx排放濃度，降低了氨水用量和脫硝成本，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

2． 煙氣脫硝窯尾燒成系統(tǒng)技術(shù)原理

2.1 煙氣脫硝窯尾燒成系統(tǒng)技術(shù)原理

煙氣脫硝窯尾燒成系統(tǒng)采用分解爐高強還原燃燒控制技術(shù)和窯頭窯尾用煤量優(yōu)化控制技術(shù)，使煤粉在分解爐內(nèi)全部分解，形成大量的CO、CHi、H2、HCN和固定碳等還原劑，將窯內(nèi)產(chǎn)生的熱力型NOx強力還原成N2，從而大幅度減少窯尾煙氣的NOx含量，降低NOx的本體濃度，達(dá)到脫硝的目的。

2.2 煙氣脫硝窯尾燒成系統(tǒng)優(yōu)化原則

煙氣脫硝窯尾燒成系統(tǒng)優(yōu)化在降低NOx本體濃度的同時，通過對分解爐燃燒器、三次風(fēng)管、四級下料點在分解爐分布系統(tǒng)的優(yōu)化，實現(xiàn)了分解爐內(nèi)風(fēng)、煤、料的混合均勻分布，避免分解爐內(nèi)局部高溫，優(yōu)化分解爐內(nèi)的熱工分布制度，還原回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的NOx生成量，減少分解爐內(nèi)燃料型NOx的生成量。其中對分解爐燃燒器、三次風(fēng)管、四級下料點的優(yōu)化原則如下：

（1）煙氣脫硝窯尾燒成系統(tǒng)優(yōu)化對分解爐燃燒器的優(yōu)化原則是高固氣比煤粉輸送技術(shù)；保證煤粉入分解爐分散效果；保證煤粉入分解爐的覆蓋區(qū)域和停留時間。

（2）煙氣脫硝窯尾燒成系統(tǒng)優(yōu)化對三次風(fēng)管的優(yōu)化原則是保證脫硝效果的同時保證煤粉完全燃燒；即保證還原劑與NOx的還原反應(yīng)時間；同時保證三次風(fēng)在分解爐內(nèi)的停留時間，保證煤粉的完全燃燒。

（3）煙氣脫硝窯尾燒成系統(tǒng)優(yōu)化對四級下料點的優(yōu)化原則是保證分解爐內(nèi)不產(chǎn)生局部高溫；保證分解爐內(nèi)不結(jié)皮；保證下料管不結(jié)皮堵塞；保證不塌料。

3． 煙氣脫硝窯尾燒成系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)方案

山東省某水泥集團(tuán)5000噸熟料生產(chǎn)線是南京設(shè)計院設(shè)計5000噸/天熟料生產(chǎn)線，熟料實際產(chǎn)量5800噸/天，標(biāo)準(zhǔn)煤耗102kg/t熟料，現(xiàn)有脫硝系統(tǒng)采用選擇性非催化還原技術(shù)SNCR，NOx控制在150mg/m3以內(nèi)，氨水平均用量在700kg/h。窯系統(tǒng)存在SNCR技術(shù)脫硝效率低，氨水用量偏大，煤耗偏高，日常投入環(huán)保費用偏高。2021年2月我公司進(jìn)行了煙氣脫硝窯尾燒成系統(tǒng)優(yōu)化的技術(shù)改造，技術(shù)改造的前提是保證現(xiàn)有熟料產(chǎn)質(zhì)量，優(yōu)化窯況工藝參數(shù)，技術(shù)改造的目的是降低NOx的本體濃度，節(jié)約SNCR氨水用量。煙氣脫硝窯尾燒成系統(tǒng)優(yōu)化方案如下：

3.1 生產(chǎn)現(xiàn)狀和主要工藝參數(shù)

（1）煙氣脫硝主要技術(shù)指標(biāo)

（2）窯況主要工藝參數(shù)

（3）窯尾送煤風(fēng)機配置參數(shù)

3.2分解爐窯尾燃燒器優(yōu)化方案

（1）窯尾送煤風(fēng)機參數(shù)優(yōu)化

采用高固氣比煤粉輸送技術(shù)，采用變頻調(diào)節(jié)減少入分解爐冷風(fēng)量，一方面可以節(jié)約熟料煤耗，同時冷風(fēng)量的減少使氧氣的帶入量降低，有利于還原區(qū)的創(chuàng)建。具體使用運行參數(shù)：流量：60m3/min；壓力：25-30kpa；功率：90kw。

（2）窯尾送煤管道的優(yōu)化

窯尾送煤主路管道改為外徑ф245mm（內(nèi)徑ф229），一分二路送煤管道改為ф180mm（內(nèi)徑ф164），二分四路送煤管道改為ф146mm（內(nèi)徑ф130）。送煤管道的優(yōu)化是獲得最佳的固氣比，穩(wěn)定送煤氣流，保證送煤量的均勻穩(wěn)定，有利于分解爐溫度環(huán)境的穩(wěn)定，可獲得均勻穩(wěn)定的NOx還原區(qū)。

（3）分解爐燃燒器和位置的優(yōu)化

更換旋流擴散型分解爐燃燒器，由原來的兩點送煤優(yōu)化為四點送煤，安裝位置由原來的三次風(fēng)管位置處送煤優(yōu)化在分解爐縮口上方1米位置，即優(yōu)化后在分解爐縮口上方1米水平位置均布四個旋流擴散型分解爐燃燒器。如圖1所示為旋流擴散型分解爐燃燒示意圖；如圖2所示為優(yōu)化后分解爐燃燒器安裝位置圖。

圖1 旋流擴散型分解爐燃燒器示意圖

圖2 優(yōu)化后分解爐燃燒器安裝位置圖

3.3 三次風(fēng)管優(yōu)化方案

優(yōu)化三次風(fēng)管入分解爐位置，將現(xiàn)有三次風(fēng)管在分解爐錐部位置處提高3.5米，提高到分解爐柱體位置處，便于還原區(qū)的創(chuàng)建。如圖3所示為原三次風(fēng)管位置示意圖；如圖4所示為優(yōu)化后三次風(fēng)管位置示意圖。

圖3 原三次風(fēng)管位置示意圖

圖4 優(yōu)化后三次風(fēng)管位置示意圖

3.4 C4下料管及下料點優(yōu)化方案

優(yōu)化C4下料管和四級下料點，將現(xiàn)有C4雙系列單管下料優(yōu)化為雙系列雙管下料，對C4上、下料比例進(jìn)行調(diào)整，將C4下料管下部下料點優(yōu)化在分解爐錐部位置并安裝撒料板，C4下料管上部下料點優(yōu)化到新三次風(fēng)管上方并安裝撒料板。如圖5所示為原四級下料管示意圖；如圖6所示為優(yōu)化后四級下料管示意圖：

圖5 原四級下料點示意圖

圖6優(yōu)化后四級下料點示意圖

3.5 煙氣脫硝窯尾燒成系統(tǒng)改造工程圖

（1）煙氣脫硝窯尾燒成系統(tǒng)改造安裝總工程圖如圖7所示：

圖7 窯尾燒成系統(tǒng)安裝總工程圖

（2）三次風(fēng)管安裝工程圖如圖8所示：

圖8 三次風(fēng)管安裝工程圖

（3）四級下料管安裝工程圖如圖9所示：

圖9 四級下料管安裝工程圖

（4）分解爐燃燒器安裝工程圖如圖10所示：

圖10分解爐燃燒器安裝工程圖

4． 煙氣脫硝窯尾燒成系統(tǒng)優(yōu)化實踐應(yīng)用及效果

4.1煙氣脫硝窯尾燒成系統(tǒng)優(yōu)化實施方案

依照煙氣脫硝窯尾燒成系統(tǒng)優(yōu)化的技術(shù)方案，對分解爐燃燒器、三次風(fēng)管、四級下料點在分解爐分布進(jìn)行了優(yōu)化施工，整個項目改造從項目設(shè)計、施工監(jiān)理、工藝調(diào)試一體化設(shè)計方案，項目改造共消耗鋼材近60噸，耐火材料100噸，整個項目工期20天，其中停窯15天。

4.2煙氣脫硝窯尾燒成系統(tǒng)優(yōu)化效果

煙氣脫硝窯尾燒成系統(tǒng)優(yōu)化改造完成后，一次投料成功，熟料產(chǎn)質(zhì)、量按預(yù)定投料方案按期達(dá)標(biāo)，窯尾分料系統(tǒng)、送煤系統(tǒng)運行正常，窯況工藝穩(wěn)定，煙室及分解爐錐部未發(fā)生異常結(jié)皮。

（1）熟料產(chǎn)、質(zhì)量，窯況工藝穩(wěn)定性

優(yōu)化改造前投料量為平均370-380t/h，熟料3天強度平均32Mpa，優(yōu)化改造后投料量平均380-390t/h，熟料3天強度平均32Mpa，煙氣脫硝優(yōu)化改造前后熟料產(chǎn)、質(zhì)量不受影響。優(yōu)化改造后窯況工藝穩(wěn)定，預(yù)熱器系統(tǒng)無出現(xiàn)結(jié)皮、堵塞、塌料現(xiàn)象，窯尾燃燒器下移和四級下料管下移后提高了分解爐的容積，提高了煤粉和物料在分解爐的停留時間，預(yù)燃器系統(tǒng)熱工工藝更加穩(wěn)定，平均投料量提高10t/h。

（2）脫硝效率及氨水節(jié)約量：

煙氣脫硝窯尾燒成系統(tǒng)優(yōu)化改造后本體濃度大幅度降低，平均NOx本體濃度由原810mg/m3降低至435mg/m3，實現(xiàn)降低NOx本體濃度46%以上，配合SNCR噴氨系統(tǒng)，改造前NOx控制指標(biāo)在100mg/m3以內(nèi);平均氨水用量在1000-1200kg/h；技術(shù)改造后NOx控制指標(biāo)在100mg/m3以內(nèi)，平均氨水用量在550-600kg/h；相同NOx控制指標(biāo)下，實際節(jié)約氨水量在54%左右。

改造后，氨水消耗指標(biāo)同比大幅下降，平均每日日氨水消耗量節(jié)約12噸，全年按300天運行時間計算，可節(jié)約氨水3600噸，預(yù)計全年實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益252萬元以上。

煙氣脫硝窯尾燒成系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)改造前后主要工藝參數(shù)對比如下：

表2煙氣脫硝窯尾燒成系統(tǒng)優(yōu)化改造前后主要工藝參數(shù)對比表

圖11中控現(xiàn)場圖

圖12脫硝系統(tǒng)中控現(xiàn)場圖

5． 結(jié)論

本文通過對煙氣脫硝窯尾燒成系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)原理和實施方案進(jìn)行了詳實的分析，通過在山東省某水泥集團(tuán)5000噸熟料生產(chǎn)線的實踐應(yīng)用，獲得如下結(jié)論：

（1）煙氣脫硝窯尾燒成系統(tǒng)改造通過優(yōu)化分解爐燃燒器、三次風(fēng)管、四級下料點在分解爐分布的位置，采用分解爐高強還原燃燒控制技術(shù)可實現(xiàn)將回轉(zhuǎn)窯內(nèi)熱力型NOx高強還原，大大降低了NOx生成量，可降低NOx本體濃度56%以上。

（2）實踐證明，煙氣脫硝窯尾燒成系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)改造相對成熟，也是目前進(jìn)一步降低NOx排放本體濃度節(jié)約氨水用量的有效途徑，采用煙氣脫硝窯尾燒成系統(tǒng)優(yōu)化改造后，相同NOx控制指標(biāo)下，實際節(jié)約氨水量在58%以上，大大降低了氨水用量和脫硝成本，經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保改善效果明顯。