3 000t/d水泥熟料生产线NOx的超低排放改造

董蕊，陈昌华，李宁

水泥回转窑温度达到1 500℃左右时，空气和煤中的氮大量转化为NOX，排放到空气中时会造成污染。目前，我国水泥行业NOX排放量仅次于火力发电和汽车行业，位居第三，已成为环保部门关注的重点。GB 4915-2013《水泥工业大气污染物排放标准》中规定，水泥生产的NOx排放浓度＜400mg/Nm3，部分省份地方规定执行排放标准＜300mg/Nm3。近年来，环保要求益发严格，部分重点地区开始提出排放标准＜50mg/Nm3的要求，导致SNCR系统即使喷入大量的氨水也无法满足此要求，因此水泥企业必须进行深度脱销的技术改造。

某生产线位于河北省邢台市，设计产量3 000t/d，于2011年投产运行。2019年河北省邢台地区出台文件，要求水泥窑烟气NOX排放浓度控制在50mg/Nm3以下，此生产线现有SNCR脱硝系统不能满足当地环保脱硝排放控制指标要求。在保证系统产质量的前提下，该生产线进行了脱硝系统的改造与优化。

1 生产线配置及运行情况

1.1 烧成系统设备配置（表1）

表1 烧成系统主要设备配置表

1.2 原燃料情况

本项目采用石灰石、砂岩、铁粉、粉煤灰和煤矸石多组分配料，采用正常烟煤作为燃料。生产线生/熟料成分分析见表2，生产线用煤的工业分析见表3。

表2 生/熟料成分分析

表3 生产线用煤工业分析

1.3 改造前系统运行情况

熟料产量为3 000t/d，烧成系统标准煤耗为108kg/t.cl左右，与同规模的生产线相比，煤耗处于较好水平。

改造前烧成系统中控画面见图1。从中控画面可见，预热器出口温度为330℃，出口压力为-5 500Pa。分解炉出口温度为890℃～900℃，出口压力为-700Pa。C5出口温度为870℃～880℃，C5出口负压为-1 200Pa左右。

图1 改造前烧成系统中控画面

1.4 改造前脱硝情况

生产线SNCR系统主要由氨水储罐、输送泵、1套流量计、4支氨水喷枪及配套设备等构成，喷枪位置位于分解炉出口和C5旋风筒出口管道处。

改造前生产线脱硝系统运行画面见图2。生产线在正常产量下，烟气NOX排放浓度控制在100～110mg/Nm3左右，氨水浓度为20%，对应的氨水用量为500～800kg/h。

图2 改造前脱硝系统运行画面

2 技改方案

2.1 分解炉技改方案

（1）现有分解炉为带预燃室的两钵分解炉，整体炉容较小，仅有900m3，不利于分解炉内煤粉的燃尽。在满足分解炉脱硝效率和不影响煤粉燃尽度的条件下，本次技改考虑对现有分解炉进行扩容。技改时，将分解炉延伸到塔架外，再通过延伸管道返回塔内与C5旋风筒相连接。通过此方式，分解炉容积在现有基础上增加了60%以上，炉内气体有效停留时间＞6s，延长了分解炉还原区和燃尽区的空间，从而提高了脱硝效率和煤粉燃尽度。

（2）在三次风管上增加脱硝风管。

（3）进料点采用预燃室顶部、分解炉锥部和分解炉柱体三点进料的形式，合理控制预燃室和主炉温度。

（4）喂煤点用5支煤管分别喂入预燃室顶部分解炉锥部，通过采用燃料分级燃烧技术，形成局部还原气氛来降低NOx的排放浓度。

分解炉技改方案示意图见图3。

图3 分解炉技改方案示意图

2.2 现有SNCR系统优化

进一步优化现有SNCR系统，以提高氨水利用率。

2.2.1 SNCR喷枪及喷射点位置优化

采用多点喷射的方式提高SNCR脱硝效率。技改时考虑新增8支喷枪，分别于C5旋风筒锥体和C5旋风筒进口处各布置4支，同时在延伸管道弯头两侧布置若干喷枪预留口。另外，要求所有喷枪均有良好的雾化效果和分散效果。

2.2.2 流量控制系统优化

现有1套流量控制器，本次技改考虑增加2套流量控制器，将喷枪分为3组，每组由1个流量计控制。通过合理控制各喷枪组的氨水流量，优化SNCR系统喷氨分布，提高脱硝效率。

3 改造后情况

3.1 改造后系统运行情况

改造后烧成系统中控画面见图4。从中控画面看，预热器出口温度正常为320℃，出口压力为-5 300Pa。分解炉出口温度880℃～890℃，出口压力为-600Pa。C5出口温度为830℃～840℃，C5出口负压为-1 200Pa左右。改造后分解炉系统阻力略有降低，系统产量与改造前相当，煤耗稳定，整体运行平稳。

图4 改造后烧成系统中控画面

3.2 改造后脱硝情况

改造后脱硝系统运行画面见图5。生产线在同等产量下，烟气NOX超低排放浓度可控制为35～45mg/Nm3，氨水浓度为20%，单位熟料氨水用量＜4kg/t.cl。

图5 改造后脱硝系统运行画面

改造后，实测烟气排放值见表4。改造前后的产量、能耗及脱硝运行指标对比见表5。

表4 实测烟气排放值

表5 技改前后数据对比表

4 结语

本项目通过分解炉的改造及SNCR系统的优化，在系统产量、热耗及氨水用量基本保持不变的前提下，实现了烟气NOX排放浓度＜50mg/Nm3的排放指标，分解炉内煤粉的燃烧状态有了改善，炉内未出现结皮、塌料，改造效果显著，经济效益明显。