節(jié)能降噪深度煙氣脫硝系統(tǒng)在5000t/d熟料生產(chǎn)線技術(shù)改造中的實踐

劉 昕，楊光偉，張 波（臨沂中聯(lián)水泥有限公司，山東 臨沂 277716）

0 引言

隨著環(huán)境保護工作形勢的日益嚴峻，氮氧化物作為重點管控指標之一，新型干法水泥窯內(nèi)的燒結(jié)溫度高，過剩空氣量大、氮氧化物排放濃度高且灰量大使其脫硝工程面臨著艱巨的挑戰(zhàn)。我公司按照環(huán)保B級企業(yè)管控污染物的排放量，氮氧化物控制濃度為不高于100 mg/m3。脫硝系統(tǒng)采用選擇性非催化還原技術(shù)SNCR，由于本體氮氧化物含量較高，脫硝系統(tǒng)需要氨水量較大，改造前日均氨水用量為26～30 t，運行成本高，給公司增加了經(jīng)濟負擔。且由于脫硝效率低，對收塵設(shè)備運行帶來較大危害，由于未反應(yīng)氨水對殼體腐蝕，窯尾袋收塵已出現(xiàn)多處漏點，引發(fā)一系列如氧含量濃度高、能耗高等問題。

1 節(jié)能降噪深度煙氣脫硝系統(tǒng)

本節(jié)能降噪深度煙氣脫硝系統(tǒng)采用分解爐高強還原燃燒控制技術(shù)、窯頭窯尾用煤量智能專家優(yōu)化技術(shù)、窯頭熱成像技術(shù)、空氣懸浮風機技術(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)生的熱力型氮氧化物強力還原成N2。從而大幅度減少窯尾煙氣的氮氧化物含量，達到脫硝的目的。

1.1 分解爐高強還原脫硝

節(jié)能降噪深度煙氣脫硝系統(tǒng)與現(xiàn)行的“分級燃燒”技術(shù)有著不同的技術(shù)原理，該技術(shù)將水泥熟料預(yù)熱分解加窯頭煅燒系統(tǒng)看成一個整體性系統(tǒng)的“全分級燃燒”，即將窯頭高溫煅燒看做主燃燒，在燃燒過程中形成氮氧化物，將窯尾分解用煤燃燒視作次燃燒，通過次燃燒強力消除氮氧化物。節(jié)能降噪深度煙氣脫硝系統(tǒng)的窯尾煤粉燃燒形成一個高強還原區(qū)，將窯頭高溫煅燒形成的熱力型氮氧化物高效還原。系統(tǒng)工藝方案流程見圖1。

圖1 深度煙氣脫硝系統(tǒng)工藝流程圖

該脫硝系統(tǒng)沒有分風和分煤工藝，主要方式一是將氮氧化物在燃燒過程中還原脫出，二是提高入窯物料溫度和分解率，但不至于形成結(jié)皮堵塞而影響系統(tǒng)通風或停產(chǎn)，通過這種方式形成分解爐高強還原燃燒氣氛。將C4下料管增加一路分路，將三次風管入爐位置上移，將原2支噴煤管技改為4支新型旋流擴散型分解爐燃燒器，改造燃燒器入爐位置。節(jié)能降噪深度煙氣脫硝系統(tǒng)改造前后見圖2。

圖2 改造前后示意圖

1.2 窯頭窯尾用煤專家智能優(yōu)化控制

節(jié)能降噪深度煙氣脫硝系統(tǒng)的控制要點還在于頭尾煤用煤控制。通過合理調(diào)整分解爐與窯頭煅燒用煤比例，安裝窯頭熱成像儀，實時監(jiān)控窯內(nèi)煅燒溫度。使用數(shù)字化設(shè)備代替人工看火與中控傳統(tǒng)看火鏡頭，并開發(fā)智能專家優(yōu)化控制系統(tǒng)，通過大數(shù)據(jù)，在預(yù)設(shè)條件下實現(xiàn)軟件自動調(diào)節(jié)用煤量，根據(jù)窯內(nèi)火焰溫度、窯尾煙室溫度、分解爐出口溫度、游離鈣檢測值等參數(shù)，在保證窯正常煅燒的前提下，適當降低窯頭煤粉用量，且在防止窯頭用煤過剩的前提下，減少氮氧化物產(chǎn)生量；在降低頭煤的同時，適當增加分解爐用煤比例，保證熟料煅燒所用的最佳熱量，確保預(yù)熱器分解爐不結(jié)皮堵塞，同時強化煅燒。

根據(jù)熱理論計算，當生料達到1100℃以上且在預(yù)熱器中完全分解時，熟料煅燒固相反應(yīng)生成的放熱量（約434.33kJ/kg熟料）基本可提供物料自身加熱至1400℃，且完成C3S的合成和物料部分熔融。單位熟料最終形成熱約需要463.6kJ/kg，過程中實際只有43kJ的熱量需額外由煤燃燒供給。根據(jù)熟料熱理論的特點，在做好窯內(nèi)溫度合理控制、窯筒體保溫效果好的情況下，窯頭用煤可適當降低，以提高窯尾用煤量，降低氮氧化物產(chǎn)生量和增加還原氣氛。

2 改造過程

根據(jù)公司熟料生產(chǎn)線的窯尾圖紙（包含分解爐三次風管、錐體、上升煙道），實際運行參數(shù)，煤粉、生料、熟料化學(xué)全分析，現(xiàn)行的SNCR控制數(shù)據(jù)（包含氨水濃度、用量及氮氧化物排放指標），設(shè)計節(jié)能降噪深度煙氣脫硝系統(tǒng)技改方案。

2.1 窯尾煤粉燃燒部分改造過程

2.1.1 窯尾送煤風機

現(xiàn)有窯尾送煤風機為羅茨風機，運行效率低，將其技改為空氣懸浮風機，在降低用電量和降低噪音的同時，提高了風量的可調(diào)節(jié)性，通過轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)送煤風量和壓力，冷風量的降低使氧氣的帶入量降低，有利于還原區(qū)的創(chuàng)建。

2.1.2 窯尾送煤管道

由于窯尾送煤管道從送煤風機到分解爐噴煤點在設(shè)計時不合理，中間存在4個90°彎頭，導(dǎo)致壓損大，風機能耗高，煤粉易堆積。本次改造對煤粉管道路徑進行優(yōu)化，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)定的氮氧化物還原區(qū)。本次改造管道路徑優(yōu)化如下：

（1）尾煤出口第一個彎頭在熟料冷卻機西邊把角度進行調(diào)整改變送煤管道的路徑；

（2）順沿三次風管方向直接入預(yù)熱器分解爐，這樣與原來相比減少三個90°彎頭；

（3）在分解爐入口處增加各分支管道調(diào)節(jié)閥門，為了使煤粉均衡進入分解爐充分燃燒。

通過對系統(tǒng)的測算，現(xiàn)有送煤管道的直徑無法滿足要求。為獲得最佳的氣固比，將窯尾主路管道由Φ220mm改為Φ273mm（內(nèi)徑Φ257mm），一分二路送煤管道由Φ189 mm改為Φ203 mm（內(nèi)徑Φ 187 mm），增加二分四路送煤管道，送煤管路直徑為152 mm（內(nèi)徑Φ136mm）。

2.1.3 煤粉燃燒器改造

將原兩支窯尾噴煤管技改為四支新型旋流擴散型分解爐燃燒器。燃燒器能保證煤粉噴射的旋流擴散效果，使煤粉迅速擴散，均勻混合。

2.1.4 窯尾分解爐燃燒器安裝位置技改

為降低窯尾過剩空氣氧含量,為窯尾還原區(qū)建立提供條件，同時降低冷空氣入爐量，窯尾燃燒器噴入分解爐錐部的煤粉經(jīng)不完全燃燒提供還原介質(zhì)，在煙室與三次風管之間建立還原區(qū)。對公司分解爐規(guī)格型號、煙室縮口尺寸及煤粉特點進行計算和分析，將四個窯尾分解爐燃燒器安裝在分解爐錐體底部天圓地方上部150cm位置，此位置將煤粉經(jīng)分煤器、輸煤管道進入改造后的四支燃燒器，噴入分解爐錐部，每支燃燒器輸送管道設(shè)有手動調(diào)節(jié)閥。

2.2 C4下料管部分技改過程

為了將相對低溫物料下移，吸收還原區(qū)高溫，凝聚窯氣中析出的堿硫等有害成分，防止結(jié)皮的發(fā)生，將現(xiàn)有C4落料點進行改造，將上部落料點技改到三次風管上部，使物料在爐內(nèi)分散均勻。為有效利用三次風的帶料能力，通過C4入口位置的調(diào)整為物料在分解爐中提供穩(wěn)定的分解反應(yīng)環(huán)境，將C4下料管下部入口調(diào)整至分解爐錐體部位。對現(xiàn)有撒料箱進行技改，由固定式撒料箱技改為可調(diào)節(jié)式撒料箱。保證在煤粉起燃后與生料混合均勻，保證不塌料。

2.3 三次風管技改過程

為了創(chuàng)建還原區(qū)，需對三次風管入爐位置進行改造。將原三次風管閘板閥與分解爐之間的管路拆除，將原三次風進口處封閉，原膨脹節(jié)備用。在分解爐錐體上方柱體處向上開挖新三次風通道，重新制作三次風管，連接分解爐上新開通道和膨脹節(jié)，形成新的三次風通道。相應(yīng)加大新加三次風管角度。確保窯氣在還原區(qū)存在0.5s以上。優(yōu)化原三次風管的進風方式及尺寸，以防止存在急彎而產(chǎn)生積料。

2.4 結(jié)皮的預(yù)防與處理

（1）在每根煤管中心平行的側(cè)面制作200mm×300mm尺寸的捅料孔，以在必要時候清理煤管上部凝聚的粘結(jié)物。

（2）在C4撒料箱下部入口處制作直徑150mm的人孔門，以在必要時候清理撒料板周圍的積料，防止堵塞。

（3）通過改造煤管的噴入角度，控制煤粉燃燒的區(qū)域，可有效的緩解系統(tǒng)結(jié)皮。

3 技改項目應(yīng)用效果

節(jié)能降噪煙氣脫硝系統(tǒng)將窯尾送煤風機技改為空氣懸浮風機，技改前后運行參數(shù)對比見表1。

表1 窯尾送煤風機技改前后對比

系統(tǒng)技改后，在氮氧化物排放濃度和窯產(chǎn)量控制指標沒有變化的條件下，實現(xiàn)了氨水用量降低，減少了氨逃逸，對生產(chǎn)線產(chǎn)生了正向的效果，前后對比見表2。該項目實施后，主要產(chǎn)生的效益如下：

表2 主要工藝參數(shù)技改前后對比

（1）脫硝效果得到提升。改造后，保證氮氧化物實際控制指標在100 mg/m3以內(nèi)，同時可實現(xiàn)在系統(tǒng)穩(wěn)定運行，在所使用原煤成分及進廠氨水濃度不變情況下，氮氧化物實際控制指標在100 mg/m3以內(nèi)，保證噸熟料氨水用量不高于4 kg。

節(jié)能降噪深度煙氣脫硝系統(tǒng)技術(shù)改造對熟料產(chǎn)量、質(zhì)量無影響，控制氮氧化物濃度為100mg/m3情況下，改造前氨水用量30t。改造后，SNCR脫硝氨水用量每小時降低540 L，每天節(jié)約氨水用量為12.05t，按照每年生產(chǎn)時間210天計算每年節(jié)約氨水2531t。每噸氨水進廠價格為660元，則年節(jié)約氨水成本為167.06萬元/年。

（2）熟料生產(chǎn)能耗降低。本設(shè)計改造將對送煤管道進行更換，更換后實際送煤冷風量將減少40%以上，且改造后氨水用量大幅減少，綜合作用有利于燒成煤耗的降低。改造后尾煤送煤風機使用頻率將進一步減小，送煤風機電機實際功率將低于目前水平。經(jīng)計算，窯尾送煤風機每天可節(jié)約用電量1608 kWh，折算為噸熟料電耗為0.29 kWh/t。按照年產(chǎn)120萬t熟料計算，可節(jié)約用電量34.8萬kWh，按照電費0.6元/kWh計算，每年節(jié)約電費20.88萬元。

（3）其它影響。本設(shè)計改造按照有利于提升熟料產(chǎn)質(zhì)量的方向進行，改造過程中將對系統(tǒng)可能存在的問題一并處理，優(yōu)化熟料煅燒工藝參數(shù)，保證實際改造運行后對熟料生產(chǎn)的產(chǎn)質(zhì)量無負面影響，即熟料產(chǎn)質(zhì)量均不低于現(xiàn)有平均水平。

隨著大氣污染治理的形勢加劇，氮氧化物化合物控制指標進一步降低，單靠SNCR技術(shù)，氨水用量將大幅增加，因氨水用量增加致使分解爐發(fā)生爆炸的隱患也隨之增加，通過本系統(tǒng)的改造，同一控制指標下，氨水的用量將大幅降低，排除了系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行存在的隱患。氨逃逸濃度實現(xiàn)下降，對窯尾袋收塵殼體的腐蝕強度下降，保證系統(tǒng)的收塵效率，降低尾排風機的用能浪費，降低了生料粉磨電耗。

4 結(jié)語

節(jié)能降噪深度煙氣脫硝系統(tǒng)降低了氨水用量，降低了企業(yè)成本，節(jié)約了送煤系統(tǒng)用電量，降低了廠內(nèi)噪聲，通過專家智能優(yōu)化控制系統(tǒng)，精準控制頭尾煤用量，穩(wěn)定了回轉(zhuǎn)窯的熱工制度，優(yōu)化了熟料煅燒工藝參數(shù)，是一項值得推廣的脫硝技術(shù)。