離線型預(yù)分解窯脫硝技改分析

詹智良 李元君

廣西魚峰集團水泥股份有限公司，廣西 柳州 545008

離線型預(yù)分解窯脫硝技改分析

詹智良 李元君

廣西魚峰集團水泥股份有限公司，廣西 柳州 545008

廣西魚峰集團水泥股份有限公司水泥生產(chǎn)線2線為3 200 t/d預(yù)熱預(yù)分解窯，配置預(yù)熱器為離線型雙系列四級旋風(fēng)筒，分解爐為SLC型分解爐。在實施脫硝技術(shù)前，氮氧化物平均在850 mg/m3左右。改造后可以實現(xiàn)氮氧化物排放按國家要求控制，但成本較高。究其原因，一是還原劑噴入點不合理，二是噴射系統(tǒng)有待優(yōu)化。

預(yù)分解窯 脫硝

0 引言

廣西魚峰集團水泥股份有限公司水泥生產(chǎn)線2線，是20世紀(jì)80年代從丹麥?zhǔn)访芩构疽M的3 200 t/d熟料預(yù)熱預(yù)分解窯。預(yù)熱器為離線型雙系列四級旋風(fēng)筒，分解爐為SLC型分解爐。離線型分解爐設(shè)置在窯尾上升煙道一側(cè)，窯氣與爐氣各走一系列預(yù)熱器，并各用一臺主排風(fēng)機。窯氣走的預(yù)熱器為窯列，爐氣走的預(yù)熱器為爐列?；剞D(zhuǎn)窯及預(yù)熱器主要結(jié)構(gòu)參數(shù)見表1，窯尾預(yù)熱預(yù)分解系統(tǒng)如圖1所示。

該系統(tǒng)在采用SNCR非催化還原脫硝技術(shù)實施技改前，各設(shè)備、窯工況均處于正常狀態(tài)，氮氧化物平均在850 mg/m3左右。改造后可以實現(xiàn)氮氧化物排放達到國家要求，但成本較高。本文就改造過程中的問題進行分析，并提出改進措施。

1 氨水噴槍點的確定

1.1 還原劑噴入點的選擇條件

公司2014年2月，邀請A公司對2線窯進行脫硝技改，選用SNCR非催化還原脫硝技術(shù)，其原理是：將還原劑（氨水或尿素水溶液）通過霧化噴射系統(tǒng)直接噴入分解爐合適溫度區(qū)域，霧化后的氨與 NOx（NO、NO2等混合物）進行選擇性非催化還原反應(yīng)，將NOx 轉(zhuǎn)化成無污染的N2和水。還原劑噴入點位置至關(guān)重要，當(dāng)噴入點溫度過低，脫硝效率會降低；噴入點溫度過高，還原劑會直接被氧化成N2和NO，最終也會影響脫硝效率。因此為了提高脫硝反應(yīng)效率并實現(xiàn)NH3的逃逸最小化，噴入點的選擇需滿足以下條件：溫度窗口合適，為850～1 000 ℃；噴入的位置沒有火焰；還原劑在反應(yīng)區(qū)域有足夠的停留時間。

1.2 氨水噴槍的布置

A公司噴射系統(tǒng)由一臺多級離心泵、6只噴槍、儀表、閥門、電氣控制柜組成噴射系統(tǒng)。6只噴槍由一臺多級離心泵提供噴射動力。6只噴槍均布置在煙道上，各噴槍點位置和大致溫度范圍見表2。

表1 回轉(zhuǎn)窯及預(yù)熱器主要結(jié)構(gòu)參數(shù)

2 第一次試機效果及分析

2.1 試機效果

脫硝技改于7月初進行第一次試機。試機前，各設(shè)備、窯工況均處于正常狀態(tài)，氮氧化物平均在850 mg/m3。試機時6只噴槍同時工作，還原劑為濃線型預(yù)分解窯煙道和窯列中NOx 以熱力型NOx為主，爐列中NOx 以燃料型NOx為主。A廠安裝的噴槍，均布置在煙道上，故只能對回轉(zhuǎn)窯內(nèi)產(chǎn)生的NOx進行脫硝，不能對分解爐內(nèi)產(chǎn)生的NOx進行脫硝。因此第一次脫硝試機效果較差。此外，從本次試機可以看出，在這條離線型預(yù)分解窯中，窯列產(chǎn)生的NOx約占50%～60%，爐列燃料型NOx約占40%～50%。

圖1 窯尾預(yù)熱預(yù)分解系統(tǒng)

表2 各噴槍點位置和大致溫度范圍

表3 脫硝技改第一次試機結(jié)果

3 優(yōu)化脫硝及效果

3.1 氨水噴槍點的位置優(yōu)化

針對初期設(shè)置的噴槍位置不能實現(xiàn)對分解爐內(nèi)產(chǎn)生的NOx進行脫硝，A公司重新優(yōu)化氨水噴槍點，將原來在煙道10 m處的2只噴槍改裝到預(yù)熱器7樓分解爐鵝頸管處，該部位溫度約為880～930 ℃。因技改時間限制，6個噴槍仍由一臺多級離心泵提供噴射動力。噴槍噴射點位置見圖2。

3.2 優(yōu)化效果

脫硝優(yōu)化技改于7月中旬進行試機。試機前，各設(shè)備、窯工況均處于正常狀態(tài)，氮氧化物平均在度20%的氨水。試機結(jié)果見表3。

從表3數(shù)據(jù)可以看出，試機效果并不理想，即使噴氨水量達到1 t/h以上，廢氣中NOx的含量勉強降至國家要求400 mg/Nm3以下。

2.2 原因分析

2.2.1 水泥窯NOx產(chǎn)生環(huán)節(jié)分析

預(yù)分解窯水泥生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的氮氧化物，主要來自回轉(zhuǎn)窯和分解爐，回轉(zhuǎn)窯內(nèi)主要是煅燒時物料熔融和礦物重結(jié)晶過程，物料溫度必須超過1 400 ℃，通常水泥窯主燃燒器形成的火焰溫度為1 800～2 200 ℃，在如此高溫下，窯內(nèi)氣流中的氧氣和氮氣會反應(yīng)生成氮氧化物，通常稱之為熱力型NOx。在水泥生產(chǎn)過程中，大約60%的煤粉進入分解爐，爐內(nèi)溫度一般在850～1 000 ℃之間，在此溫度下，基本可以不考慮熱力型NOx的形成，但是煤粉自身的氮元素會與氧氣發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生氮氧化物，通常稱之為燃料型NOx。另外，低溫火焰下由于含碳自由基的存在會生成瞬時型NOx。

2.2 第一次脫硝效果差原因

從預(yù)分解窯產(chǎn)生NOx的最主要來源可知：離880 mg/m3。試機是6只噴槍同時工作，還原劑為濃度20%的氨水。試機結(jié)果見表4。

圖2 噴槍噴射點位置

從表4數(shù)據(jù)可以看出，試機效果也不理想，即使噴氨水量達到0.7 t/h以上，NOx的含量勉強降至國家要求400 mg/Nm3以下。A公司同期對我公司3線（2 500 t/d在線型預(yù)分解窯）進行脫硝技改，3線窯正常時氮氧化物平均在830 mg/m3，噴槍點布置在分解爐鵝頸管上部。表5為3線脫硝技改效果數(shù)據(jù)。

對比2條線脫硝效果可以看出，2線窯脫硝效果遠不如3線窯理想，表現(xiàn)在：2線脫硝效率遠低于3線，2線脫硝率約為60%，3線脫硝率達到70%以上；噴氨水量較多，直接影響運行成本，2線噴氨水量達到0.7 t/h，是3線噴氨水量的2倍還多，2線噴氨水成本就達到4元/t熟料。

表4 噴槍噴射點位置優(yōu)化后的效果

表5 3線脫硝技改效果

4 結(jié)束語

本次技改說明，水泥預(yù)分解窯脫硝系統(tǒng)必須依據(jù)水泥窯NOx產(chǎn)生原理，根據(jù)窯型的實際情況，合理確定還原劑噴入點，噴點位置的選擇至關(guān)重要。目前2線脫硝系統(tǒng)正常運行，但存在脫硝率低、噴氨水量大的問題，未來脫硝系統(tǒng)優(yōu)化的方向為：

（1）煙道噴槍點下移。煙道噴槍點的溫度為880～900 ℃，并非氨水最佳反應(yīng)溫度，應(yīng)將噴槍點下移在900～1 000 ℃的區(qū)域，以提高氨水脫硝反應(yīng)效率并實現(xiàn)NH3逃逸的最小化。

（2）增加分解爐噴氨水量。目前分解爐產(chǎn)生的燃料型約占總NOx的40%～50%，僅2只噴槍噴射氨水是不夠的，至少要3只以上。

（3）增加一臺多級離心泵控制分解爐噴槍。目前分解爐的2只噴槍距煙道4只噴槍有30 m的高差。目前僅一臺多級離心泵控制6只噴槍，就導(dǎo)致噴槍間阻力不同，壓力不同，分解爐的噴槍壓力偏低，噴射效果差。因此應(yīng)多增加一臺多級離心泵及其附屬設(shè)備控制分解爐噴槍。

2014-10-10）

TQ172.622.26; X38

B

1008-0473(2015)01-0053-03

10.16008/j.cnki.1008-0473.2015.01.014