節(jié)能降噪深度煙氣脫硝系統(tǒng)在5000t/d熟料生產(chǎn)線(xiàn)技術(shù)改造中的實(shí)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(hù)工作形勢(shì)的日益嚴(yán)峻，氮氧化物作為重點(diǎn)管控指標(biāo)之一，新型干法水泥窯內(nèi)的燒結(jié)溫度高，過(guò)?？諝饬看蟆⒌趸锱欧艥舛雀咔一伊看笫蛊涿撓豕こ堂媾R著艱巨的挑戰(zhàn)。我公司按照環(huán)保B級(jí)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(yùn)行成本高，給公司增加了經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。且由于脫硝效率低，對(duì)收塵設(shè)備運(yùn)行帶來(lái)較大危害，由于未反應(yīng)氨水對(duì)殼體腐蝕，窯尾袋收塵已出現(xiàn)多處漏點(diǎn)，引發(fā)一系列如氧含量濃度高、能耗高等問(wèn)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(qiáng)還原燃燒控制技術(shù)、窯頭窯尾用煤量智能專(zhuān)家優(yōu)化技術(shù)、窯頭熱成像技術(shù)、空氣懸浮風(fēng)機(jī)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(qiáng)力還原成N2。從而大幅度減少窯尾煙氣的氮氧化物含量，達(dá)到脫硝的目的。

1.1 分解爐高強(qiáng)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(jí)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(gè)整體性系統(tǒng)的“全分級(jí)燃燒”，即將窯頭高溫煅燒看做主燃燒，在燃燒過(guò)程中形成氮氧化物，將窯尾分解用煤燃燒視作次燃燒，通過(guò)次燃燒強(qiáng)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(gè)高強(qiáng)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(jiàn)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(méi)有分風(fēng)和分煤工藝，主要方式一是將氮氧化物在燃燒過(guò)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(fēng)或停產(chǎn)，通過(guò)這種方式形成分解爐高強(qiáng)還原燃燒氣氛。將C4下料管增加一路分路，將三次風(fēng)管入爐位置上移，將原2支噴煤管技改為4支新型旋流擴(kuò)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(jiàn)圖2。

圖2 改造前后示意圖

1.2 窯頭窯尾用煤專(zhuān)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(diǎn)還在于頭尾煤用煤控制。通過(guò)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(shí)時(shí)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(kāi)發(fā)智能專(zhuān)家優(yōu)化控制系統(tǒng)，通過(guò)大數(shù)據(jù)，在預(yù)設(shè)條件下實(shí)現(xiàn)軟件自動(dòng)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(cè)值等參數(shù)，在保證窯正常煅燒的前提下，適當(dāng)降低窯頭煤粉用量，且在防止窯頭用煤過(guò)剩的前提下，減少氮氧化物產(chǎn)生量；在降低頭煤的同時(shí)，適當(dāng)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(shí)強(qiáng)化煅燒。

根據(jù)熱理論計(jì)算，當(dāng)生料達(dá)到1100℃以上且在預(yù)熱器中完全分解時(shí)，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(guò)程中實(shí)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(diǎn)，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(dāng)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(guò)程

根據(jù)公司熟料生產(chǎn)線(xiàn)的窯尾圖紙（包含分解爐三次風(fēng)管、錐體、上升煙道），實(shí)際運(yùn)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(biāo)），設(shè)計(jì)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(guò)程

2.1.1 窯尾送煤風(fēng)機(jī)

現(xiàn)有窯尾送煤風(fēng)機(jī)為羅茨風(fēng)機(jī)，運(yùn)行效率低，將其技改為空氣懸浮風(fēng)機(jī)，在降低用電量和降低噪音的同時(shí)，提高了風(fēng)量的可調(diào)節(jié)性，通過(guò)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)送煤風(fēng)量和壓力，冷風(fēng)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(fēng)機(jī)到分解爐噴煤點(diǎn)在設(shè)計(jì)時(shí)不合理，中間存在4個(gè)90°彎頭，導(dǎo)致壓損大，風(fēng)機(jī)能耗高，煤粉易堆積。本次改造對(duì)煤粉管道路徑進(jìn)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(gè)彎頭在熟料冷卻機(jī)西邊把角度進(jìn)行調(diào)整改變送煤管道的路徑；

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

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

通過(guò)對(duì)系統(tǒng)的測(cè)算，現(xiàn)有送煤管道的直徑無(wú)法滿(mǎn)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(kuò)散型分解爐燃燒器。燃燒器能保證煤粉噴射的旋流擴(kuò)散效果，使煤粉迅速擴(kuò)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(guò)剩空氣氧含量,為窯尾還原區(qū)建立提供條件，同時(shí)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(fēng)管之間建立還原區(qū)。對(duì)公司分解爐規(guī)格型號(hào)、煙室縮口尺寸及煤粉特點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算和分析，將四個(gè)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(jìn)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(dòng)調(diào)節(jié)閥。

2.2 C4下料管部分技改過(guò)程

為了將相對(duì)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(diǎn)進(jìn)行改造，將上部落料點(diǎn)技改到三次風(fēng)管上部，使物料在爐內(nèi)分散均勻。為有效利用三次風(fēng)的帶料能力，通過(guò)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(duì)現(xiàn)有撒料箱進(jìn)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(fēng)管技改過(guò)程

為了創(chuàng)建還原區(qū)，需對(duì)三次風(fēng)管入爐位置進(jìn)行改造。將原三次風(fēng)管閘板閥與分解爐之間的管路拆除，將原三次風(fēng)進(jìn)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(kāi)挖新三次風(fēng)通道，重新制作三次風(fēng)管，連接分解爐上新開(kāi)通道和膨脹節(jié)，形成新的三次風(fēng)通道。相應(yīng)加大新加三次風(fēng)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(fēng)管的進(jìn)風(fēng)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(shí)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(mén)，以在必要時(shí)候清理撒料板周?chē)姆e料，防止堵塞。

（3）通過(guò)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(xiàng)目應(yīng)用效果

節(jié)能降噪煙氣脫硝系統(tǒng)將窯尾送煤風(fēng)機(jī)技改為空氣懸浮風(fēng)機(jī)，技改前后運(yùn)行參數(shù)對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 窯尾送煤風(fēng)機(jī)技改前后對(duì)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(biāo)沒(méi)有變化的條件下，實(shí)現(xiàn)了氨水用量降低，減少了氨逃逸，對(duì)生產(chǎn)線(xiàn)產(chǎn)生了正向的效果，前后對(duì)比見(jiàn)表2。該項(xiàng)目實(shí)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(duì)比

（1）脫硝效果得到提升。改造后，保證氮氧化物實(shí)際控制指標(biāo)在100 mg/m3以?xún)?nèi)，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，在所使用原煤成分及進(jìn)廠(chǎng)氨水濃度不變情況下，氮氧化物實(shí)際控制指標(biāo)在100 mg/m3以?xún)?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(duì)熟料產(chǎn)量、質(zhì)量無(wú)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(shí)降低540 L，每天節(jié)約氨水用量為12.05t，按照每年生產(chǎn)時(shí)間210天計(jì)算每年節(jié)約氨水2531t。每噸氨水進(jìn)廠(chǎng)價(jià)格為660元，則年節(jié)約氨水成本為167.06萬(wàn)元/年。

（2）熟料生產(chǎn)能耗降低。本設(shè)計(jì)改造將對(duì)送煤管道進(jìn)行更換，更換后實(shí)際送煤冷風(fēng)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(fēng)機(jī)使用頻率將進(jìn)一步減小，送煤風(fēng)機(jī)電機(jī)實(shí)際功率將低于目前水平。經(jīng)計(jì)算，窯尾送煤風(fēng)機(jī)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(wàn)t熟料計(jì)算，可節(jié)約用電量34.8萬(wàn)kWh，按照電費(fèi)0.6元/kWh計(jì)算，每年節(jié)約電費(fèi)20.88萬(wàn)元。

（3）其它影響。本設(shè)計(jì)改造按照有利于提升熟料產(chǎn)質(zhì)量的方向進(jìn)行，改造過(guò)程中將對(duì)系統(tǒng)可能存在的問(wèn)題一并處理，優(yōu)化熟料煅燒工藝參數(shù)，保證實(shí)際改造運(yùn)行后對(duì)熟料生產(chǎn)的產(chǎn)質(zhì)量無(wú)負(fù)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(shì)加劇，氮氧化物化合物控制指標(biāo)進(jìn)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(guò)本系統(tǒng)的改造，同一控制指標(biāo)下，氨水的用量將大幅降低，排除了系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行存在的隱患。氨逃逸濃度實(shí)現(xiàn)下降，對(duì)窯尾袋收塵殼體的腐蝕強(qiáng)度下降，保證系統(tǒng)的收塵效率，降低尾排風(fēng)機(jī)的用能浪費(fèi)，降低了生料粉磨電耗。

4 結(jié)語(yǔ)

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(chǎng)內(nèi)噪聲，通過(guò)專(zhuān)家智能優(yōu)化控制系統(tǒng)，精準(zhǔn)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(xiàng)值得推廣的脫硝技術(shù)。