3 000t/d水泥熟料生產線NOx的超低排放改造

董蕊，陳昌華，李寧

水泥回轉窯溫度達到1 500℃左右時，空氣和煤中的氮大量轉化為NOX，排放到空氣中時會造成污染。目前，我國水泥行業NOX排放量僅次于火力發電和汽車行業，位居第三，已成為環保部門關注的重點。GB 4915-2013《水泥工業大氣污染物排放標準》中規定，水泥生產的NOx排放濃度＜400mg/Nm3，部分省份地方規定執行排放標準＜300mg/Nm3。近年來，環保要求益發嚴格，部分重點地區開始提出排放標準＜50mg/Nm3的要求，導致SNCR系統即使噴入大量的氨水也無法滿足此要求，因此水泥企業必須進行深度脫銷的技術改造。

某生產線位于河北省邢臺市，設計產量3 000t/d，于2011年投產運行。2019年河北省邢臺地區出臺文件，要求水泥窯煙氣NOX排放濃度控制在50mg/Nm3以下，此生產線現有SNCR脫硝系統不能滿足當地環保脫硝排放控制指標要求。在保證系統產質量的前提下，該生產線進行了脫硝系統的改造與優化。

1 生產線配置及運行情況

1.1 燒成系統設備配置（表1）

表1 燒成系統主要設備配置表

1.2 原燃料情況

本項目采用石灰石、砂巖、鐵粉、粉煤灰和煤矸石多組分配料，采用正常煙煤作為燃料。生產線生/熟料成分分析見表2，生產線用煤的工業分析見表3。

表2 生/熟料成分分析

表3 生產線用煤工業分析

1.3 改造前系統運行情況

熟料產量為3 000t/d，燒成系統標準煤耗為108kg/t.cl左右，與同規模的生產線相比，煤耗處于較好水平。

改造前燒成系統中控畫面見圖1。從中控畫面可見，預熱器出口溫度為330℃，出口壓力為-5 500Pa。分解爐出口溫度為890℃～900℃，出口壓力為-700Pa。C5出口溫度為870℃～880℃，C5出口負壓為-1 200Pa左右。

圖1 改造前燒成系統中控畫面

1.4 改造前脫硝情況

生產線SNCR系統主要由氨水儲罐、輸送泵、1套流量計、4支氨水噴槍及配套設備等構成，噴槍位置位于分解爐出口和C5旋風筒出口管道處。

改造前生產線脫硝系統運行畫面見圖2。生產線在正常產量下，煙氣NOX排放濃度控制在100～110mg/Nm3左右，氨水濃度為20%，對應的氨水用量為500～800kg/h。

圖2 改造前脫硝系統運行畫面

2 技改方案

2.1 分解爐技改方案

（1）現有分解爐為帶預燃室的兩缽分解爐，整體爐容較小，僅有900m3，不利于分解爐內煤粉的燃盡。在滿足分解爐脫硝效率和不影響煤粉燃盡度的條件下，本次技改考慮對現有分解爐進行擴容。技改時，將分解爐延伸到塔架外，再通過延伸管道返回塔內與C5旋風筒相連接。通過此方式，分解爐容積在現有基礎上增加了60%以上，爐內氣體有效停留時間＞6s，延長了分解爐還原區和燃盡區的空間，從而提高了脫硝效率和煤粉燃盡度。

（2）在三次風管上增加脫硝風管。

（3）進料點采用預燃室頂部、分解爐錐部和分解爐柱體三點進料的形式，合理控制預燃室和主爐溫度。

（4）喂煤點用5支煤管分別喂入預燃室頂部分解爐錐部，通過采用燃料分級燃燒技術，形成局部還原氣氛來降低NOx的排放濃度。

分解爐技改方案示意圖見圖3。

圖3 分解爐技改方案示意圖

2.2 現有SNCR系統優化

進一步優化現有SNCR系統，以提高氨水利用率。

2.2.1 SNCR噴槍及噴射點位置優化

采用多點噴射的方式提高SNCR脫硝效率。技改時考慮新增8支噴槍，分別于C5旋風筒錐體和C5旋風筒進口處各布置4支，同時在延伸管道彎頭兩側布置若干噴槍預留口。另外，要求所有噴槍均有良好的霧化效果和分散效果。

2.2.2 流量控制系統優化

現有1套流量控制器，本次技改考慮增加2套流量控制器，將噴槍分為3組，每組由1個流量計控制。通過合理控制各噴槍組的氨水流量，優化SNCR系統噴氨分布，提高脫硝效率。

3 改造后情況

3.1 改造后系統運行情況

改造后燒成系統中控畫面見圖4。從中控畫面看，預熱器出口溫度正常為320℃，出口壓力為-5 300Pa。分解爐出口溫度880℃～890℃，出口壓力為-600Pa。C5出口溫度為830℃～840℃，C5出口負壓為-1 200Pa左右。改造后分解爐系統阻力略有降低，系統產量與改造前相當，煤耗穩定，整體運行平穩。

圖4 改造后燒成系統中控畫面

3.2 改造后脫硝情況

改造后脫硝系統運行畫面見圖5。生產線在同等產量下，煙氣NOX超低排放濃度可控制為35～45mg/Nm3，氨水濃度為20%，單位熟料氨水用量＜4kg/t.cl。

圖5 改造后脫硝系統運行畫面

改造后，實測煙氣排放值見表4。改造前后的產量、能耗及脫硝運行指標對比見表5。

表4 實測煙氣排放值

表5 技改前后數據對比表

4 結語

本項目通過分解爐的改造及SNCR系統的優化，在系統產量、熱耗及氨水用量基本保持不變的前提下，實現了煙氣NOX排放濃度＜50mg/Nm3的排放指標，分解爐內煤粉的燃燒狀態有了改善，爐內未出現結皮、塌料，改造效果顯著，經濟效益明顯。