南陽中聯(lián)6000t/d水泥窯脫硝技術(shù)成功經(jīng)驗(yàn)分享

　　摘要：6000t/d水泥窯SNCR優(yōu)化升級(jí)改造：優(yōu)化氨水噴槍位置，更換新型噴槍，加裝分配柜系統(tǒng)，在分解爐上部氨槍位置再布置一層加長(zhǎng)噴槍，通過升級(jí)改造，將6000t/d水泥窯氮氧化物降低到80mg/ m³以下，提前成功完成公司氮氧化物超低排放任務(wù)。

　　一、前言

　　以河南省2017年提出推進(jìn)水泥行業(yè)超低排放為契機(jī)，根據(jù)南陽中聯(lián)水泥有限公司脫硝實(shí)際情況，對(duì)6000t/d水泥窯原SNCR進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)改造：優(yōu)化氨水噴槍位置，更換新型噴槍，加裝分配柜系統(tǒng)，在分解爐上部氨槍位置再布置一層加長(zhǎng)噴槍，通過升級(jí)改造，將6000t/d水泥窯窯氮氧化物降低到80mg/ m³以下，提前成功完成公司氮氧化物超低排放任務(wù)。

　　二、改造前的技術(shù)狀況、主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、存在的技術(shù)問題

　　南陽中聯(lián)水泥有限公司6000t/d熟料生產(chǎn)線，于2007年7月投產(chǎn)，是使用半離線式PSMC分解爐的新型干法回轉(zhuǎn)窯。2007年投產(chǎn)至2014年，窯尾在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)NOx濃度顯示在550-650mg/m³之間。水泥行業(yè)國(guó)家新標(biāo)準(zhǔn)《水泥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB4915-2013于2013年12月27日正式發(fā)布，要求2015年7月1日起NOx排放限值為400 mg/m³，重點(diǎn)地區(qū)排放限值為320 mg/m³。

　　2014年初我們先進(jìn)行了低氮燃燒器改造，氮氧化物排放濃度略有所降。于2014年6月開始對(duì)6000t/d水泥熟料生產(chǎn)線進(jìn)行SNCR脫硝改造，歷時(shí)三個(gè)月，氮氧化物排放穩(wěn)定達(dá)到320 mg/m³以下，控制在280--300 mg/m³，6000t/d窯氨水噴量小時(shí)均值在400kg/h,噸熟料氨水成本在0.95-1.05元。2017年年初針對(duì)生產(chǎn)中的瓶頸問題，我們對(duì)篦冷機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化改造，改造后窯系統(tǒng)穩(wěn)定性大幅增強(qiáng)，窯況明顯得到改善，氮氧化物初始值進(jìn)一步上升，在控制原有指標(biāo)基礎(chǔ)上，公司6000t/d窯氨水噴量小時(shí)均值上漲到800kg/h,噸熟料氨水成本上升到1.75-1.9元。

　　三、改造方案

　　河南省政府于2017年提出水泥行業(yè)將進(jìn)行超低排放概念，同時(shí)鼓勵(lì)企業(yè)2018年推進(jìn)超低排放，根據(jù)《河南省2018年大氣污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)工作方案》要求，2018年10月底前，完成水泥熟料企業(yè)超低排放改造。完成超低排放改造后，水泥窯廢氣在基準(zhǔn)氧含量10%的條件下，顆粒物、二氧化硫、氮氧化物排放濃度要分別不高于10mg/m³、35mg/m³、100mg/m³。作為中聯(lián)水泥的核心企業(yè)，作為央企的社會(huì)責(zé)任感，我們有必要把工作往前推，把工作做的更扎實(shí)，更精細(xì)。針對(duì)我公司6000t/d水泥窯的現(xiàn)狀，我們于2017年10月成立技術(shù)攻關(guān)小組，開始不斷的咨詢環(huán)保公司和兄弟企業(yè)，同時(shí)自己也在不斷的實(shí)驗(yàn)優(yōu)化。

　?。?）改造前實(shí)驗(yàn)及原因分析

　　成立技術(shù)攻關(guān)小組后，我們經(jīng)多次試驗(yàn)，利用現(xiàn)有的脫硝噴氨系統(tǒng)，在原有控制基礎(chǔ)（800kg/h氨水噴量，氮氧化物指標(biāo)在280-300 mg/m³）上，繼續(xù)加大氨水噴量，氮氧化物會(huì)緩慢下降，實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)在氨水噴量達(dá)到1.6t/h時(shí)，氮氧化物可達(dá)到最低，達(dá)到170--210 mg/m³，氨水噴量再繼續(xù)增加時(shí)，氮氧化物不會(huì)繼續(xù)下降，反而成緩慢上升趨勢(shì)。同時(shí)考慮到氨水噴量大，如果不能被有效拉走，會(huì)產(chǎn)生閃爆等安全事故。

　　經(jīng)多次試驗(yàn)，結(jié)果都比較接近，說明現(xiàn)有的脫硝系統(tǒng)無法滿足超低排放的要求。

　　表一：現(xiàn)有氨槍開孔方式及數(shù)量

　　我們?cè)谖寮?jí)旋風(fēng)筒出口部位加裝氨槍，然后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)效果并不理想。

　　公司頓時(shí)又陷入了一個(gè)瓶頸：無論出于政策法規(guī)的逐步到來，還是處于央企的社會(huì)責(zé)任，都不能止步不前。攻關(guān)小組成員再次加大與環(huán)保廠家溝通聯(lián)系，同時(shí)自己繼續(xù)加強(qiáng)脫硝理論方面的研究，經(jīng)過不斷地理論學(xué)習(xí)和環(huán)保專家、兄弟廠家的溝通交流、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地考察，再經(jīng)過多人深度思考探討論證，事情原委逐步明了：

　　1.1我公司6000t/d生產(chǎn)線分解爐爐容小，僅為1465m³（而2009年及其后設(shè)計(jì)投產(chǎn)的5000t/d熟料線分解爐爐容絕大部分在1800-2200立方米），同時(shí)由于分解爐為PSMC型半離線爐，在預(yù)燃爐SC室中，風(fēng)與料混合較差；在主爐MC室中，頂部由于設(shè)計(jì)問題沒有利用，造成在實(shí)際運(yùn)行中，分解爐的有效容積更小。故風(fēng)與物料在分解爐的停留時(shí)間較短，這是造成分級(jí)燃燒的脫硝改造在我公司6000t/d熟料線上一直無法正常穩(wěn)定運(yùn)行的主要原因。

　　1.2常規(guī)脫硝系統(tǒng)使用的噴槍，是以直噴的形式噴射氨水，噴射系統(tǒng)在煙道內(nèi)的覆蓋面偏低，如下圖所示。

　　注解：中間紅色區(qū)域?yàn)閲娚鋰?yán)重重疊區(qū)域；中間深藍(lán)色區(qū)域?yàn)閲娚渲丿B區(qū)域；邊緣淺紅色區(qū)域?yàn)閲娚涿^(qū)。

　　另外，脫硝系統(tǒng)的噴槍不僅要具有良好的霧化特性，還需要有足夠的穿透能力，否則會(huì)出現(xiàn)如圖2-1所示

　　的邊壁效應(yīng)，氨水無法與管道中心位置的煙氣混合，被氣流帶出高溫區(qū)域后，溫度下降使得氨水不能與NOx正常反應(yīng)，造成氨逃逸而增加運(yùn)行成本。

　　脫硝化學(xué)反應(yīng)方程式為：

　　CO（NH2）2+H2O→CO2+2NH3

　　4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O

　　6NO+4NH3→5N2+6H2O

　　6NO2+8NH3→7N2+12H2O

　　2NO2+4NH3+O2→ 3N2+6H2O

　　存在如下問題：由于氨水及煙氣在分解爐中停留時(shí)間過短，會(huì)造成中間區(qū)域氨水充足過量造成氨逃逸，大量邊壁區(qū)域是盲區(qū)造成含塵煙氣沒有進(jìn)行脫硝反應(yīng)，最終形成的結(jié)果是氨水用量大，氨逃逸偏高，而氮氧化物也沒有達(dá)到超低排放要求，脫硝效率不高，這個(gè)也是國(guó)內(nèi)水泥行業(yè)SNCR脫硝運(yùn)行的一個(gè)通病。

　　1.3五級(jí)出口溫度基本在810-840℃，已經(jīng)是SNCR脫硝反應(yīng)溫度的極限了，且此處風(fēng)速較高，故脫硝效果較差。

　?。?）改造內(nèi)容

　　而后我們經(jīng)過和多個(gè)環(huán)保廠家的不斷咨詢探討，發(fā)現(xiàn)南京西普公司在氨槍制作上由其獨(dú)到之處，氨槍為斜噴和直噴兩種，同時(shí)噴槍的霧化效果較好。其噴射示意圖如下：

　　注解：中間深藍(lán)色區(qū)域?yàn)閲娚渲丿B區(qū)域，邊壁淺紅色區(qū)域?yàn)閲娚涿^(qū)。由圖可見：氨水噴射嚴(yán)重重疊區(qū)域不存在，噴射重疊區(qū)域變小，邊壁噴射盲區(qū)大幅變小。

　　噴槍噴射點(diǎn)及布槍方式：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，我們進(jìn)行了第一次改造：在原有上層噴槍上部0.5米的位置重新布置一層14桿噴槍，且根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況盡可能均勻分布，同時(shí)在分解爐與東西兩個(gè)五級(jí)筒交接處各布置三桿噴槍。將噴槍全部更換為CHOPE創(chuàng)新2代雙流體噴槍，加裝脈沖清吹裝置，防止在使用過程中噴槍堵塞。同時(shí)升級(jí)自動(dòng)控制系統(tǒng)，提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。詳見下圖（1）、圖（2）、圖（3）、圖（4）。

　　圖（1）

　　圖（2）

　　圖（3）

　　圖（4）氨水分配控制柜

　　（3）改造后的系統(tǒng)有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：

　　3.1采用C-HOPE創(chuàng)新2代高效噴槍后，可以使噴槍的霧冠對(duì)分解爐煙道的覆蓋面更高。且多支噴槍的配合使用，還可以產(chǎn)生一定的旋流作用，使噴射有效覆蓋面更高，從而提高脫硝效率，減少氨逃逸量，降低脫硝運(yùn)行成本。同時(shí)還可以降低氨逃逸對(duì)除塵、余熱發(fā)電設(shè)備的影響，減少相關(guān)設(shè)備備件的消耗量。

　　3.2自動(dòng)化控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)脫硝系統(tǒng)無人工干預(yù)自動(dòng)調(diào)整氨水實(shí)時(shí)耗量，控制系統(tǒng)可根據(jù)溫度、氮氧化物（NOx）排放濃度及含氧量實(shí)時(shí)調(diào)整最佳噴氨量，保證NOx達(dá)標(biāo)排放，減少人工操作造成的氨水消耗，降低運(yùn)行成本及氨逃逸量。

　　我們第一次改造后，當(dāng)氨水噴量加到1200kg/h時(shí)，氮氧化物確實(shí)下降明顯，能降低50--200mg/m³有效果，但氮氧化物波動(dòng)較大，充分說明改造的方向是對(duì)的，但穩(wěn)定性差。

　　于是我們分析原因，覺得可能是沒有精準(zhǔn)分配氨水，導(dǎo)致在調(diào)節(jié)是無法做到分解爐上部與出口三個(gè)區(qū)域的氨水精準(zhǔn)控制。于是我們又進(jìn)行了第二次改造：增設(shè)一套二次流量分配柜，實(shí)現(xiàn)對(duì)兩層三區(qū)噴射層氨水用量的精確控制。

　　第二次改造后，氨水噴量在1100t/h，氮氧化物排放濃度在30--150 mg/ m³，氮氧化物穩(wěn)定性有所提高，但是還是會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)大的情況。同時(shí)在窯用風(fēng)調(diào)整及產(chǎn)量調(diào)整時(shí)表現(xiàn)的較為明顯。經(jīng)多次調(diào)試均會(huì)出現(xiàn)此種狀況。

　　我們分析認(rèn)為，可能存在少部分盲區(qū)所致。經(jīng)過內(nèi)部不斷討論和南京西普公司技術(shù)人員不斷地交流溝通；有位技術(shù)人員查看現(xiàn)場(chǎng)后無意中說：以前還沒見過直徑這么大的分解爐（我公司分解爐直徑為8200mm，耐材及保溫層砌筑后有效內(nèi)徑為7620mm）。讓我們萌發(fā)了一個(gè)假想：南京西普氨槍做的精細(xì)，同時(shí)霧化好氨水噴量較小，在我公司這么大直徑的分解爐上，在分解爐噴氨的中間部位，由于分解爐在運(yùn)行中屬于高溫含塵量大的工況，是否會(huì)存在噴槍穿透力稍差、中間存在盲區(qū)的情況？

　　于是我們經(jīng)過商量后，決定進(jìn)行第三次試改造：在分解爐現(xiàn)有上層噴槍位置的上部再均勻布置六桿加長(zhǎng)噴槍（噴槍長(zhǎng)度由1.0米提升至2.0米），三桿直噴，三桿斜噴。

　　第三次改造后，氨水噴量小時(shí)均值在1050kg，氮氧化物排放濃度基本穩(wěn)定在30-50mg/ m³，經(jīng)檢測(cè)，氨逃逸量為8mg/ m³，完全達(dá)標(biāo)，提前一年達(dá)到河南省大氣污染防治所要求的最低排放標(biāo)準(zhǔn)。（注：《河南省2019年大氣污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)實(shí)施方案》要求2019年年底前，河南全省符合條件的通用水泥熟料企業(yè)完成提標(biāo)治理，水泥窯廢氣在基準(zhǔn)氧含量10%的條件下，顆粒物、二氧化硫、氮氧化物、氨逃逸不得高于10、35、100、8毫克/立方米。）

　　四、后記

　　此次脫硝改造，把傳統(tǒng)的SNCR脫硝效率由之前最高的70%提升至92%以上，采用自動(dòng)化控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)脫硝系統(tǒng)無人工干預(yù)自動(dòng)調(diào)整氨水實(shí)時(shí)耗量，提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性；累計(jì)投資了70萬元，圓滿完成了改造任務(wù)，相對(duì)其他水泥企業(yè)脫硝超低排放改造，少則兩三百萬元，我們投資成本較低，達(dá)標(biāo)排放效果顯著。即使和投資兩三千萬元的SCR技術(shù)相比，也不遜色。SCR技術(shù)雖然是目前公認(rèn)的降低氮氧化物排放最有效的方法。但由于使用劇毒催化劑帶來的安全隱患，以及粉塵堵塞后的解決措施都尚未完全成熟，SCR技術(shù)若是出故障甚至?xí)斐芍苯优欧诺暮蠊?/p>

　　參考文獻(xiàn)：

　　《河南省2018年大氣污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)工作方案》豫政辦〔2018〕14號(hào)

　　《河南省2019年大氣污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)工作方案》豫環(huán)攻堅(jiān)辦〔2019〕25號(hào)