水泥脫硝的個性化設計與工程實踐

陳學功，尹海濱

（江蘇科行環(huán)保科技有限公司，江蘇 鹽城 224051）

引言

“脫硝”是環(huán)保領域近年來的熱點議題。在這一領域，部分水泥企業(yè)聯(lián)手環(huán)保公司，采用從源頭控制到尾端治理等各種手段對NOx污染進行綜合治理。2012年，僅江蘇科行集團就在國內(nèi)9個省市區(qū)建成了40多條水泥生產(chǎn)線脫硝改造示范線。水泥窯脫硝技術目前已從理論探討走向了實際應用。

1 國內(nèi)水泥窯脫硝設計需求

由于國內(nèi)水泥窯的形式、運行情況、地理環(huán)境、環(huán)保容量等不同，因而水泥脫硝相關技術的應用（如一般的空氣分級技術的應用、SNCR還原劑的選擇、聯(lián)合技術的使用等），需根據(jù)具體情況實行個性化設計。在實際應用上，各種技術的聯(lián)合使用，更是受到制約條件的限制。如替代燃料技術（固廢處理）+ SNCR技術適用于已建立或待建設固廢預處理的地區(qū)，以廢氨水為還原劑的SNCR技術應用需考慮廢氨水的品質穩(wěn)定和供應穩(wěn)定，并需綜合考慮煤耗成本的增加。

2 工程應用實踐

根據(jù)項目設計實施經(jīng)驗，水泥窯脫硝應用技術主要可分為低氮燃燒 + SNCR聯(lián)合技術、替代燃料 + SNCR技術、一區(qū)兩線SNCR技術，以及單、雙還原劑SNCR技術等。

2.1 低氮燃燒 + SNCR聯(lián)合技術

該聯(lián)合技術的使用，首先需要考慮分解爐的適用性和改造的施工難度。低氮燃燒原理示意見圖1。

云南曲靖某水泥企業(yè)4000t/d項目，根據(jù)實際情況采用空氣分級 + SNCR聯(lián)合技術。該項目前期就實施的可行性進行了專家審議，評選技術路徑方案，為后期項目設計與實施提供了關鍵依據(jù)（見表1）。

圖1 低氮燃燒原理圖

空氣分級方案實施中，主要是增加一套承重平臺，以及空氣分級風管、調節(jié)閥門、膨脹節(jié)等非標設備。新增平臺位于三次風平臺上方，不影響三次風閥的檢修吊裝空間；空氣分級管道為同回轉窯中心線垂直面布置，位于三次風管內(nèi)側；調節(jié)風閥位于空氣分級風管分解爐進口位置。SNCR采用氨水工藝，經(jīng)過調試氨水濃度在15%～18%為最佳脫硝濃度。該項目中考慮使用廢氨水以降低脫硝成本。根據(jù)運行情況，不開空氣分級風管的情況下，滿足50%脫硝效率時，20%氨水耗量為2.3～2.6kg/噸熟料。

表1 云南某項目生產(chǎn)線主要參數(shù)

2.2 替代燃料+SNCR聯(lián)合技術

固廢處理（替代燃料）是水泥工業(yè)的發(fā)展方向。據(jù)調研，國內(nèi)部分水泥生產(chǎn)線已著手對城市污泥、固體廢棄物等嘗試了環(huán)保處理。如北京金隅太行前景水泥進行了固廢燃料棒分解爐燃燒改造；北京立馬水泥對污泥利用進行了分解爐燃燒改造；上海金山水泥廠對高危固廢燃燒進行了改造等。固體廢棄物處理使得節(jié)能、減排相互依存，在處理固廢垃圾，降低氮氧化物排放的基礎上實現(xiàn)經(jīng)濟價值（政府資金補助）。北京一水泥企業(yè)同步實施了替代燃料和SNCR改造工藝，其生產(chǎn)線的主要參數(shù)見表2。

表2 北京某項目生產(chǎn)線主要參數(shù)

該項目使用的燃料棒為塑料類廢棄物制成，系統(tǒng)由存儲、輸送、計量和喂料等部分組成。進料接口位于燃燒室同混合室接口處上部，采用單側進料。改造中，充分利用了窯周邊預留空地和分解爐鋼架、平臺，整個工程融入現(xiàn)有生產(chǎn)線布局。SNCR采用氨水和尿素雙還原劑工藝（詳見單/雙還原劑SNCR技術）。根據(jù)運行情況，當出口濃度控制在300mg/Nm3以下、僅使用SNCR時，20%氨水耗量為1.9～2.2kg/噸熟料。

2.3 一區(qū)兩線SNCR技術

當并行的兩條生產(chǎn)線同時實施脫硝改造時，兩線共用SNCR工藝是較為合理的選擇。一區(qū)兩線工藝可減少改造用占地面積、提高設備利用率、完善系統(tǒng)管理、降低投資成本。

福建一水泥企業(yè)2×5000t/d、大連一水泥企業(yè)2×4000t/d生產(chǎn)線均采用一區(qū)兩線SNCR脫硝工藝。該工藝采用一個存儲、制備區(qū)（還原劑為尿素時），一套輸送模塊，向兩條線供應還原劑，經(jīng)兩線各自的稀釋計量模塊和分配模塊最終噴射入分解爐，完成脫硝任務。系統(tǒng)采用一套電氣控制系統(tǒng)，實現(xiàn)兩線的協(xié)同自動化控制，生產(chǎn)線的主要參數(shù)見表3。

表3 項目生產(chǎn)線主要參數(shù)

2.4 單/雙還原劑SNCR技術

SNCR常用的還原劑為氨水和尿素溶液。在大部分分解爐上，這兩種還原劑都能滿足脫硝效果要求，當某一種還原劑因供應價格浮動帶來成本增加時，換用另一種還原劑是降低運行成本的有效措施。因此，在不同還原劑供應地區(qū)，需要靈活選用SNCR還原劑的方案。在化工廠分布較多的地方，可直接考慮使用氨水單一還原劑工藝，如主要的煤化工地區(qū)；在周邊缺少化工企業(yè)且運輸不便的地區(qū)，可考慮使用單一尿素還原劑工藝；在一些中間區(qū)域，兩種還原劑供應難易相當?shù)牡貐^(qū)，盡量考慮氨水-尿素雙還原劑SNCR工藝。根據(jù)工程實施情況，采用單一尿素還原劑方案的案例較少，多數(shù)是氨水作為單一或是主要還原劑。單/雙還原劑工藝示意見圖2。

圖2 單/雙還原劑工藝示意圖

福建另一水泥企業(yè)5000t/d生產(chǎn)線采用單一氨水方案。工藝布置上采用雙臥式儲罐，系統(tǒng)中關鍵部件均采用一用一備，采用6+4兩層噴槍組合，脫硝效果良好。貴州某水泥企業(yè)2500t/d生產(chǎn)線采用單一氨水方案。工藝布置上采用兩立式儲罐，采用4+2兩層噴槍組合。該項目為EPC總包工程，整個工程周期僅為一個月時間。其生產(chǎn)線主要參數(shù)見表4。

表4 生產(chǎn)線主要參數(shù)

3 結語

目前，《水泥工業(yè)大氣污染物排放標準》GB4915-2013版的修訂工作已接近尾聲，新標準中的NOx排放標準控制在400mg/Nm3左右，已成為行業(yè)內(nèi)的共識。2012年，全國約有百條新型干法水泥生產(chǎn)線實施了脫硝改造工程，工程分布在全國主要水泥生產(chǎn)區(qū)域，SNCR技術均有特性改進適用于各種分解爐爐型與生產(chǎn)狀況。水泥生產(chǎn)企業(yè)在NOx減排方案的選擇上，需綜合考慮區(qū)域特點、爐型特性和長遠環(huán)保要求，采用專業(yè)的調研檢測、個性化方案設計和周全的工程實施，以有利企業(yè)發(fā)展和滿足環(huán)保要求。