基于超低排放政策下水泥熟料生產(chǎn)線脫硝技術(shù)的發(fā)展研究與創(chuàng)新應(yīng)用

摘要：本文是對《山西省水泥行業(yè)超低排放改造實施方案》頒布后，基于政策影響下，企業(yè)面臨的嚴(yán)峻課題-——如何保證高效脫硝而展開研究討論。通過對現(xiàn)有脫硝技術(shù)的研究和甄別，借鑒CFD流場研究成果對SNCR工藝進行革新和完善，提出了工藝脫硝和流場脫硝的新方案。

關(guān)鍵詞：超低排放 脫硝工藝 NO_X形成機理 工藝脫硝 流場脫硝

1.緒論

1.1本論文的主要研究方法和研究進展

本人供職于山水集團旗下位于山西省呂梁市的呂梁山水水泥有限公。作為水泥行業(yè)的一個老兵，面對日益嚴(yán)厲的環(huán)保政策，有必要為此做一些必要性的技術(shù)理論研究和解決方案。從2018年底，本人廣泛收集和研究國內(nèi)外水泥回轉(zhuǎn)窯脫硝技術(shù)。經(jīng)過對案例研究，脫硝原理的深入理解，結(jié)合硅酸鹽工藝原理，CFD流場研究，在本企業(yè)進行嘗試性實證研究，以及和同行專家研討，在集團發(fā)展部脫硝技術(shù)的同時，研究出工藝脫硝+SNCR脫硝+流場脫硝新工藝。其中流場脫硝獲得國家發(fā)明專利，廣泛應(yīng)用于水泥行業(yè)創(chuàng)造了經(jīng)濟效益和社會效益。

1.2本論文的主要內(nèi)容概述

本論文主要分為以下四個部分：在對此課題研究的主要方法和進展簡要闡述之余主要是：

一是講述了研究的的背景和意義主要內(nèi)容，其中有政策背景，政策背景下對企業(yè)的要求以及企業(yè)應(yīng)盡的責(zé)任，使命。

二是對目前脫硝技術(shù)領(lǐng)域的現(xiàn)狀、發(fā)展水平及存在的問題中的 超低排放的概念，超低排放工藝技術(shù)改造路線；現(xiàn)有脫硝工藝技術(shù)的利弊進行了系統(tǒng)的分析與探討。

三是對個人研究的“工藝脫硝+SNCR脫硝+流場脫硝”新工藝從工藝脫硝，SNCR脫硝、流場脫硝新工藝，以及“工藝脫硝+流場脫硝+SNCR脫硝”關(guān)鍵點與應(yīng)該關(guān)注的問題等方面，全面闡述了新工藝的創(chuàng)新理論基礎(chǔ)與創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)用方案和關(guān)鍵點。

最后以高度的責(zé)任感，表達了水泥熟料企業(yè)為推動行業(yè)綠色低碳發(fā)展過程中勇于擔(dān)當(dāng)企業(yè)使命責(zé)任，充分發(fā)揮脫硝新工藝的先進性，創(chuàng)造經(jīng)濟效益和社會效益。

在這篇論文的寫作過程中，雖然從中學(xué)到了許多有用的東西，也積累了不少經(jīng)驗，但由于自我學(xué)識淺薄，認(rèn)識不足，在理解上有諸多偏頗和淺薄的地方;也由于理論功底的薄弱，存有不少邏輯不暢和辭不達意的問題。許多問題還有待于進一步思考和探索，萬分懇切的期望各位專家能夠提出寶貴的意見，從而進一步深入學(xué)習(xí)研究。

2.研究背景及意義

2.1政策背景

為貫徹習(xí)近平總書記兩山理論和環(huán)保方面的重要講話精神，落實山西省委、省政府綠色代碳轉(zhuǎn)型發(fā)展的具體舉措，推動山西建材行業(yè)綠色轉(zhuǎn)型，山西省生態(tài)環(huán)境廳、山西省工信廳聯(lián)合印發(fā)《山西省水泥行業(yè)超低排放改造實施方案》。方案的實施意味著山西省要全面啟動水泥行業(yè)超低排放改造，促進環(huán)境空氣質(zhì)量持續(xù)改善，進一步推進水泥行業(yè)綠色升級。為推進水泥行業(yè)全流程、系統(tǒng)化環(huán)境治理，提升精細(xì)化環(huán)境管理水平，堅持源頭防控、過程管控、末端治理全面發(fā)力，協(xié)同推進減污降碳，有效提高水泥行業(yè)發(fā)展質(zhì)量和效益明確了工作目標(biāo)：①全省新建（含搬遷）水泥企業(yè)要達到超低排放水平。列 入淘汰計劃的水泥企業(yè)可不再實施超低排放改造。②到 2024年12月底前，全省水泥企業(yè)全面完成超低排放改造。

2.2對企業(yè)的要求

基于這種這種政策要求，水泥制造行業(yè)必須準(zhǔn)確把握超低排放改造的具體內(nèi)涵。首先，超低排放改造不同于以往單純的尾部治理，簡單上幾套設(shè)施就完事。超低排放改造要貫穿于水泥生產(chǎn)全工序、全流程、全時段，包括有組織排放、無組織排放、清潔運輸?shù)榷家_到超低排放要求。同時還要考慮減污降碳協(xié)同，從源頭上解決污染問題。每個工序、每個環(huán)節(jié)都不能放過。其次，超低排放改造是從治理到管理，從硬件到軟件的全面提升，企業(yè)的理念必須改變，管理必須提升，環(huán)境監(jiān)控做到全覆蓋，真正實現(xiàn)從粗放管理向精細(xì)化、系統(tǒng)化管理轉(zhuǎn)變。最后，超低排放改造必須能持續(xù)穩(wěn)定運行，僅僅是評估驗收時的超低排放不能算是真正的超低排放。這就要求水泥企業(yè)對超低排放改造工程要真正重視，不搞敷衍應(yīng)付。

超低排放改造要以技術(shù)質(zhì)量和改造質(zhì)量為核心。技術(shù)路線選擇時要把好關(guān)，堅持高標(biāo)準(zhǔn)、高起點的原則，選擇真正能夠見效、成熟可靠的工藝裝備，并留出適當(dāng)?shù)脑６?。建設(shè)過程要嚴(yán)格執(zhí)行設(shè)計要求，杜絕偷工減料。超低排放改造工程量大，需要資金投入多，改造周期長，經(jīng)不起反復(fù)折騰。技術(shù)單位要為企業(yè)負(fù)責(zé)。

超低排放改造的時間進度異常緊張。根據(jù)《山西省水泥行業(yè)超低排放改造實施方案》，新、改、擴建水泥項目要同步達到超低排放水平，到2024年12月底前全省水泥企業(yè)全面完成超低排放改造。

抓緊制定超低排放改造項目方案迫在眉睫。對于積極開展超低排放改造的企業(yè)，省里將加大資金支持力度，項目方案既是超低排放改造的基礎(chǔ)，也是申報資金的必備材料。水泥企業(yè)要盡快完成超低排放項目可行性研究報告，并主動向所在地生態(tài)環(huán)境部門報告，在各市生態(tài)環(huán)境局的指導(dǎo)下，做好項目入庫工作。山西省生態(tài)環(huán)境廳正在加緊制定的《水泥行業(yè)超低排放監(jiān)測評估技術(shù)指南》及后續(xù)動態(tài)管理規(guī)則，嚴(yán)格超低排放改造評估。

2.3企業(yè)使命

這一文件的發(fā)布，雖然使得水泥行業(yè)不得不為水泥生產(chǎn)技術(shù)迭代，設(shè)備措施的更新?lián)Q代增加更大的投入而面臨更加嚴(yán)峻的生存壓力，但是這一要求順應(yīng)民意，適應(yīng)時代的發(fā)展。低碳生活，超低排放，是當(dāng)今國家對世界的承諾，也是人民對們好生活的訴求，更是為了實現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的必經(jīng)歷程。做好碳達峰、碳中和工作，是黨中央作出的重大決策部署，是一場廣泛而深刻的經(jīng)濟社會系統(tǒng)性變革。作為企業(yè)和企業(yè)家更要正確認(rèn)識其時代意義及偉大使命，縱深投入到真?zhèn)ゴ蟮臍v史洪流中，順勢而為做好技術(shù)升級和改造的洪流當(dāng)中，主動作為，交好答卷。無論超低排放還是碳達峰，都是必答題，都是我們必須直面的現(xiàn)實，這是一場大仗、硬仗，水泥制造企業(yè)必須打好，必須打贏。

3、脫硝技術(shù)領(lǐng)域的現(xiàn)狀、發(fā)展水平及存在的問題

3.1超低排放的概念

對于超低排放，目前國內(nèi)比較普遍的概念是指污染物排放標(biāo)準(zhǔn)基本達到國家標(biāo)準(zhǔn)中排放限值(即在基準(zhǔn)氧含量10%條件下，煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放濃度分別不高于10、35、50mg/m³.

3.2超低排放工藝技術(shù)路線

3.2.1脫硝技術(shù)路線

目前被水泥廠廣泛采用的脫硝技術(shù)主要為“低氮燃燒器+非選擇性催化還原法SNCR”，行業(yè)內(nèi)部分企業(yè)采用SCR(選擇性催化還原法)脫硝技術(shù)。

低氮燃燒技術(shù)主要是通過降低回轉(zhuǎn)窯內(nèi)燃燒器的火力點溫度，大幅減少窯內(nèi)產(chǎn)生的NO_X。SNCR技術(shù)是窯內(nèi)的煙氣進入預(yù)熱器后煙氣中的氮氧化物和氨氣進一步反應(yīng)，將煙氣中的氮氧化物濃度降低至100mg/m³以下。SCR技術(shù)則是在C1出口在低溫情況下進行有選擇性的還原脫硝。

   3.2.2現(xiàn)有脫硝工藝技術(shù)各有利弊。

1）低氮燃燒技術(shù)主要是通通過降低回轉(zhuǎn)窯內(nèi)燃燒器的火力點溫度，大幅減少窯內(nèi)產(chǎn)生的NO_X，其勢必會造成水泥熟料產(chǎn)量的降低和水泥熟料質(zhì)量的下降。行業(yè)技術(shù)人員都知道，水泥熟料的煅燒必須要有一定的溫度和熱力流場來做保證，低氮燃燒器降低了火焰的峰值溫度，從1450攝氏度以上減低到1250攝氏度左右，讓火焰細(xì)長而不集中，其消耗了燃料降低了NO_X，但是對水泥熟料中的固液相反應(yīng)以及C₃S/C₂S等成分晶型的形成卻造成了缺陷。所以在行業(yè)內(nèi)對產(chǎn)能的釋放和產(chǎn)品的質(zhì)量有明顯的制約，為此目前更多的企業(yè)選擇更合適的燃燒器。

2）SNCR技術(shù)是窯內(nèi)的煙氣進入預(yù)熱器后煙氣中的氮氧化物和氨氣進一步反應(yīng)，將煙氣中的氮氧化物濃度降低至100mg/m³以下。在正常的企業(yè)當(dāng)中，回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的本底NO_X濃度一般在800mg/m³左右，隨著煅燒工藝和技術(shù)的發(fā)展（尤其是加強了篦冷機冷卻，譬如現(xiàn)在四代步進式篦冷機的快速推廣可以將二次風(fēng)溫提高到1250攝氏度以上，對三層風(fēng)管改造可以將三次風(fēng)溫提高到950攝氏度以上），生產(chǎn)技術(shù)革新以后，有些企業(yè)回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的本底NO_X濃度就會上升到在1300mg/m³以上。使得SNCR技術(shù)的應(yīng)用遇到極大的瓶頸，因為氨水成本會成倍的增加，氨逃逸會幾何數(shù)增加。這里面一般會是脫硝窗口的選擇不利，更多的是SNCR技術(shù)其本身是出于在氣固比較高的流場當(dāng)中進行反應(yīng)，一個是反應(yīng)溫度、再有就是反應(yīng)時間、捕集速率、粉塵的干擾和裹挾等等變幻多端，相對固定的反應(yīng)區(qū)域不足以進行精準(zhǔn)反應(yīng)。

3）SCR脫硝法SCR（Selective Catalytic Reduction ）即為選擇性催化還原技術(shù)：在300~400℃的工況條件下，煙氣中的NO_x在有催化劑存在的情況下，同還原劑氨發(fā)生反應(yīng)，生產(chǎn)無害的氮氣和水。主要反應(yīng)方程式：4NO + 4NH₃ + O₂ → 4N₂+ 6H₂O 6NO + 4NH₃ → 5N₂+ 6H₂O 反應(yīng)溫度為220~350℃。

國外SCR應(yīng)用案例：

國內(nèi)SCR應(yīng)用現(xiàn)狀

SCR在國內(nèi)水泥窯上應(yīng)用難點：高塵堵塞。顆粒物會堵塞催化劑，必須配專有吹灰，優(yōu)化工藝設(shè)計；高堿環(huán)境。煙氣中含CaO、Na₂O、K₂O等，須使用抗堿催化劑?？沽蛐耘c溫度的選擇。煙氣中SO₂、SO₃會使催化劑中毒，合理選擇工況溫度，須抗硫催化劑。催化劑低溫失活。如將SCR安裝在除塵器的下游，必須安裝煙氣再熱器，加熱煙氣到催化劑的最佳工作溫度?？臻g受限。施工難度大，須投入較大施工成本。初始投資費用大，投資回報期長。

4）各種現(xiàn)有脫硝技術(shù)方案應(yīng)用對比：

4.脫硝技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)新研究和應(yīng)用

基于國家對有組織排放政策的從緊，在河南山東率先進入50mg/m³排放時代背景下，加大超低排放技術(shù)研究和應(yīng)用迫在眉睫。對現(xiàn)有的脫硝工藝進行充分研究之后，覺得研究更科學(xué)經(jīng)濟實效的脫硝技術(shù)勢在必行。為此本人依托集團技術(shù)發(fā)展部的雄厚實力共同研發(fā)了流場脫硝工藝和工藝脫硝工藝技術(shù)。

4.1工藝脫硝

工藝脫硝法是在分解爐內(nèi)增加還原室，將窯內(nèi)產(chǎn)生的氮氧化物進行還原，從而降低煙氣中的氮氧化物含量，一般可以使得煙氣中的本地濃度降低50%以上。

4.1.1工藝脫硝方案

①將煙室原縮口部位舊金屬膨脹節(jié)拆除，向分解爐錐部垂直延伸,增設(shè)金屬膨脹節(jié)，分解爐柱體部分拆除，并延長分解爐錐體，分解爐錐體、縮口、煙室部位拆除重新制作。

②根據(jù)三次風(fēng)入爐速度和流場分布的需要，將三次風(fēng)管與分解爐連接處部分舊管道拆除，并重新制作新管道（含金屬膨脹節(jié)及三次風(fēng)閥門）進行連接入煙室，拆除舊管道重新制作新管進行安裝。

③在原四級A、B錐體下料管部位，各增加分料閥分別引入三次風(fēng)上部及分解爐錐部， C4下料點由兩點下料改為四點下料，將少量生料沿分解爐錐部內(nèi)部下滑，避免分解爐錐部高溫結(jié)皮現(xiàn)象。

④在分解爐錐部設(shè)計脫氮還原區(qū)，將分解爐煤粉分6點、一用一備，分解爐錐部4點、分解爐中部2點，在保證煤粉充分燃燒的同時，適當(dāng)增加分解爐錐部的煤粉喂入比例，保證缺氧燃燒產(chǎn)生的還原氣氛，還原窯尾煙氣中大量的NO_x，產(chǎn)生良好的脫硝效率。

⑤五級錐體做偏心錐將下料管物料由原來的煙室左右進入煙室改為后側(cè)進。

4.1.2工藝脫硝工作機理

2）工藝脫硝的基本原理是在煙室和分解爐之間建立還原燃燒區(qū)，將原分解爐用煤的一部分均布到該區(qū)域內(nèi)，使其缺氧燃燒以便產(chǎn)生CO、CH₄、H₂、HCN和固定碳等還原劑。這些還原劑與窯尾煙氣中的NO_x發(fā)生反應(yīng)，將NO_x還原成N₂等無污染的惰性氣體。此外，煤粉在缺氧條件下燃燒也抑制了自身燃料型NO_x產(chǎn)生，從而實現(xiàn)水泥生產(chǎn)過程中的NO_x減排。

3）工藝脫硝技術(shù)要點1、分解爐合理分煤，形成強烈還原區(qū)；2、四周切線噴煤，延長停留時間（0.4~0.6s），促進還原反應(yīng)；3、與工藝完美結(jié)合，避免結(jié)皮堵塞，提高運行穩(wěn)定性；4、CFD計算機模擬，理論結(jié)合實際，優(yōu)化流場，增強混合，提高效率；5、配合SNCR，同比氨水用量下降30%-50%，穩(wěn)定NO_x濃度＜100mg/Nm³。部分生產(chǎn)線可穩(wěn)定NO_x在＜50 mg/Nm³ 。

4）工藝脫硝反應(yīng)機理示意圖

4.1.3工藝脫硝的創(chuàng)新點

采用工藝脫硝降低并還原窯內(nèi)產(chǎn)生的熱力型NO_x，抑制燃料型NOx的生成， NO_x限值排放有效控制在100mg/m3以下，滿足環(huán)保排放要求。對生產(chǎn)線正常生產(chǎn)運行和水泥熟料產(chǎn)、質(zhì)量無不利影響。減少氨水消耗量，不增加生產(chǎn)運行成本。使運行參數(shù)得以優(yōu)化，系統(tǒng)運行質(zhì)量和穩(wěn)定性提升，并有一定的節(jié)能效果。適當(dāng)降低窯內(nèi)通風(fēng)和喂煤量，增加三次風(fēng)量和分解爐喂煤量，盡量降低窯內(nèi)過剩空氣系數(shù)，減少NO_x的生成量；降低高溫風(fēng)機轉(zhuǎn)速，盡量減少系統(tǒng)用風(fēng)，在保證脫硝效率的同時可降低熟料燒成熱耗，同時系統(tǒng)阻力有所降低。

4.1.4工藝脫硝的應(yīng)用案例

工藝脫硝已經(jīng)在山水集團全面推廣，經(jīng)對淄博山水公司工藝脫硝項目實際論證效益明顯，效果顯著。

經(jīng)濟效益：一條日產(chǎn)5000t/d熟料水泥生產(chǎn)線，技改后在NO_X排放控制標(biāo)準(zhǔn)150mg /m3不變的情況下，改造前使用氨水量1.0--1. 5噸/小時，改造后使用氨水量0.6~1噸/小時，每小時降低0.7噸，每天節(jié)約氨水16.8噸，氨水價格800元/噸，窯年運轉(zhuǎn)率為70%，每年可節(jié)約脫硝成本：16.8噸×800元/噸×365天×70%=343.392萬元/年。同時因尾煤系統(tǒng)的優(yōu)化，喂煤壓力波動較技改前波動下降，壓力下降1kpa，回轉(zhuǎn)窯工況穩(wěn)定，產(chǎn)量提高近200噸/天，煤耗下降近7kg/t,年產(chǎn)量按130萬噸，煤價按800元/噸,燃料成本降低728萬元，電耗降低1.5kwh/t，年產(chǎn)量按130萬噸，電價按0.56元/噸，電力成本降低1300000*0.56*1.5=109.2萬元，年產(chǎn)生綜合效益約1181萬元左右，熟料生產(chǎn)線改造總投資470萬元左右，改造前后運行參數(shù)及窯況基本無變化，在不增加運行成本的情況下，當(dāng)年可快速收回成本，并可為公司帶來持續(xù)的經(jīng)濟效益。

社會效益：通過本次工藝脫硝技改可以減少氨水制造過程中的污染物排放。同時隨著熱工系統(tǒng)氨水噴入的減少可降低煤耗,減少CO₂對大氣排放量。

應(yīng)用效果圖：

4.2流場脫硝

流場脫硝是根據(jù)CFD流場模型，對預(yù)熱器各部位進行研究，結(jié)合SNCR脫硝工藝?yán)碚摶A(chǔ)，重點針對脫硝窗口的選擇，精準(zhǔn)確定反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間，提高捕集速率，杜絕粉塵的干擾和裹挾等等從而提高反應(yīng)效率，實現(xiàn)超低排放。主要路徑是根據(jù)CFD流場結(jié)果，在預(yù)熱器分結(jié)爐、預(yù)熱器5級旋風(fēng)筒等部位精準(zhǔn)的布置氨水噴槍的數(shù)量和點位，通過定量控制技術(shù)應(yīng)對不同的窯況進行精準(zhǔn)脫硝。

4.2.1 NO_x主要生成來源

NOx主要生成來源為熱力型NO_x和燃料型NO_x。熱力型NO_x主要產(chǎn)生在高溫區(qū)域，此NO_x占生成量的70%。比如回轉(zhuǎn)窯內(nèi)，故窯溫越低NO_x生成量越少，氨水使用量越低。燃料型NO_x:主要來源于原料及煤，此NO_x占生成量的30%。

4.2.2 影響SNCR脫硝效率的因素

1）溫度影響：NO_x 的還原反應(yīng)發(fā)生在一特定的溫度范圍內(nèi)進行，由于SNCR 未使用催化劑故需要較高的溫度來保證還原反應(yīng)的進行（SNCR的反應(yīng)溫度區(qū)間850℃～1150℃）。反應(yīng)溫度對SNCR 反應(yīng)中NO_x 的脫除率有重要影響。如果溫度太低，這會導(dǎo)致NH₃反應(yīng)不完全，形成所謂的“氨穿透”，增大NH₃逸出的量形成二次污染；隨著溫度升高，分子運動加快，氨水的蒸發(fā)與擴散過程得到加強，對于SNCR 而言，當(dāng)溫度上升到800℃以上時，化學(xué)反應(yīng)速率明顯加快，在900℃左右時，NO 的消減率達到最大；然而隨著溫度的繼續(xù)升高，超過1200℃后，NH₃與O₂的氧化反應(yīng)會加劇，生成N₂、N₂O或者NO，增大煙氣中的NO_x 濃度，NO_x濃度反而會升高。

2）氨水和煙氣混合的程度：首先需保證噴槍霧化良好，建議使用單孔噴槍，噴槍數(shù)量足夠滿足覆蓋面，根據(jù)噴射面尺寸決定噴槍的數(shù)量。目前噴槍主要定位于鵝頸管出口、C5直筒部位及C5上升煙道。

分解和NO_x 的還原等步驟須全部完成，一般要求時間為0.5秒。

 3）還原劑停留的時間：因為任何反應(yīng)都需要時間，所以在合適的溫度范圍內(nèi)必須保證還原劑在煙氣中有足夠的停留時間，以期發(fā)生還原反應(yīng)。在相同條件下，較長還原劑停留時間，脫硝效果更好，在此時間內(nèi)，NH₃或尿素等還原劑與煙氣的混合、水的蒸發(fā)、還原劑的

4）氨氮比（NSR）：即反應(yīng)中氨與NO_x的摩爾比值，按照SNCR 反應(yīng)，還原1mol NO_x 需要1mol 氨，但實際中還原劑的量要比這個量大，因為實際反應(yīng)比較復(fù)雜，且氣體混合不均勻，要達到較好的脫硝效果就必須增大還原劑量。但實驗表明，當(dāng)NH₃/NO_x比達到2.0以上時，NO_x脫除率曲線明顯變緩，NH₃/NO_x比過大則會引起氨氣逸出量增大，造成污染，成本升高。根據(jù)大量實際案例及數(shù)據(jù)表明，我司氨氮摩爾比可達到1.05~1.1之間，脫硝效率最高可滿足90%以上。

5）煙氣氣氛：煙氣中的O₂、CO、H₂O、H₂、CH_x等成分都對脫硝反應(yīng)產(chǎn)生一定的影響作用。O₂是SNCR反應(yīng)的重要反應(yīng)物，已有研究表明在沒有O₂的條件下，SNCR反應(yīng)很難發(fā)生，而在煙氣典型的O₂濃度范圍內(nèi)，O₂濃度對SNCR的反應(yīng)影響并不大，下圖是不同O₂濃度下，簡化機理與詳細(xì)機理預(yù)測的反應(yīng)過程的比較。由下圖可見，簡化機理與詳細(xì)機理可以很好的反應(yīng)O₂濃度對SNCR反應(yīng)的影響規(guī)律。在O₂濃度小于0.1%時，SNCR反應(yīng)幾乎不可能發(fā)生，在1%~4%時，O₂濃度的提高可以稍微加快SNCR反應(yīng)，且出口NO濃度會有稍微提高，但影響不大。

根據(jù)我司現(xiàn)場調(diào)試經(jīng)驗及運行數(shù)據(jù)分析，CO濃度的高低，對脫硝系統(tǒng)運行效率影響較大。在CO濃度顯示1.7%~2%時，脫硝效率大幅度下降，脫硝反應(yīng)基本不能發(fā)生。

如上圖所示，在固定氨水流量、固定產(chǎn)量及喂煤量的情況下，CO濃度在0.5%~1%以下的情況下，對SNCR系統(tǒng)脫硝效率的影響幅度不大，濃度增長了50 mg/Nm³；CO濃度在1-1.5%之間時，對脫硝效率的影響變大，濃度增加了100-200 mg/Nm³；當(dāng)CO濃度超過1.5%以后，NO_x濃度升高速度明顯加快，在CO濃度超過1.7%以后，NO_x濃度接近本底值，脫硝反應(yīng)不發(fā)生，此CO濃度指的是C1出口，CO為1%對應(yīng)的數(shù)值為1000mg/Nm³，因本項目NO_x需控制50mg/Nm³以下，故CO濃度越低越好，后續(xù)需從工藝手段上進行進一步的調(diào)整。以上數(shù)據(jù)不代表所有生產(chǎn)線，CO數(shù)據(jù)僅做參考，每條窯情況也有略微差異。

4.2.3流場脫硝的實施方案的要點

1）氨水噴槍的流場位置選擇

C5旋風(fēng)筒筒體，風(fēng)速在4~5m/s，且含塵量低，理論計算反應(yīng)時間可達 到0.5s，更有利于NO_x減排；

其他位置的多層布置：結(jié)合CFD流場模擬及實際料風(fēng)分布情況，可選擇在C5旋風(fēng)筒出風(fēng)口、 進風(fēng)口下方、分解爐出口至C5筒風(fēng)管等位置設(shè)置氨水噴槍進行NO_x減排，各位置可重疊布置。

2)氨水用量與窯況的匹配

4.2.4流場脫硝需要關(guān)注的幾個問題

（1）產(chǎn)量提的高，分解爐爐容小，提產(chǎn)時導(dǎo)致系統(tǒng)供風(fēng)不足，系統(tǒng)缺氧造成CO超標(biāo)；

（2）煤粉稱精度不夠或喂煤系統(tǒng)不穩(wěn)定，出現(xiàn)沖煤造成CO瞬間超標(biāo)；

（3）按照脫硝機理理論分析，4NO+4NH₃+O₂→4N₂+6H₂O

NO+CO(NH₂)₂ +1/2O₂ → 2N₂ + CO₂ + H₂O；

分級燃燒改造完成后CO會頻繁出現(xiàn)超標(biāo)；應(yīng)用過程中應(yīng)注意CO超標(biāo)和系統(tǒng)缺氧的影響。

（4）選擇溫度范圍時考慮反應(yīng)時間和反應(yīng)距離；

（5）噴槍與煙氣盡量充分混合，保證噴槍霧化效果，噴槍位置溫度的合適與否，保障霧化后的流場結(jié)合的緊密度。

（6）C3下料管對C5上升煙道溫度的影響；

“十四五”是我國環(huán)保工作的關(guān)鍵時期，環(huán)保工作將面臨很大的挑戰(zhàn)。超低排放尤其是NOX超低排放改造加大了水泥熟料企業(yè)的運營成本，影響了企業(yè)效益，但是，做為排污主體責(zé)任的企業(yè)有義務(wù)、有責(zé)任對排放的污染物進行治理。我們要在打造綠色環(huán)保企業(yè)的同時更應(yīng)該注重脫硝工藝的理論研究和技術(shù)開發(fā)應(yīng)用，工藝脫硝和流場脫硝技術(shù)完全可以做到既能適應(yīng)國家政策早日實現(xiàn)超低排放，同時降低運營成本，從而為天更藍(lán)、水更綠的生態(tài)文明建設(shè)貢獻力量。

參考資料：

1. 中國環(huán)境科學(xué)研究院劉宇《水泥行業(yè)超低排放改造與績效分級管控政策》

2. 中國水泥協(xié)會李琛《水泥行業(yè)碳達峰碳中和及產(chǎn)業(yè)政策解析》

3. 中國建筑材料科學(xué)研究總院汪瀾《水泥窯爐煙氣中低溫脫硝技術(shù)及工程應(yīng)用》

4. 《山西省水泥行業(yè)超低排放改造實施方案》

5. 武漢理工大學(xué)陳作炳《CFD技術(shù)及其在水泥工業(yè)的應(yīng)用研究》

作者：黃忠（晉城山水合聚水泥有限公司）

王金祥（山水集團集團總部）

黃昊（山東山水重工有限公司）