節能降噪深度煙氣脫硝系統在5000t/d熟料生產線技術改造中的實踐

劉 昕，楊光偉，張 波（臨沂中聯水泥有限公司，山東 臨沂 277716）

0 引言

隨著環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，新型干法水泥窯內的燒結溫度高，過?？諝饬看?、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。我公司按照環保B級企業管控污染物的排放量，氮氧化物控制濃度為不高于100 mg/m3。脫硝系統采用選擇性非催化還原技術SNCR，由于本體氮氧化物含量較高，脫硝系統需要氨水量較大，改造前日均氨水用量為26～30 t，運行成本高，給公司增加了經濟負擔。且由于脫硝效率低，對收塵設備運行帶來較大危害，由于未反應氨水對殼體腐蝕，窯尾袋收塵已出現多處漏點，引發一系列如氧含量濃度高、能耗高等問題。

1 節能降噪深度煙氣脫硝系統

本節能降噪深度煙氣脫硝系統采用分解爐高強還原燃燒控制技術、窯頭窯尾用煤量智能專家優化技術、窯頭熱成像技術、空氣懸浮風機技術，使煤粉在分解爐內全部分解，形成大量的CO、CHi、H2、HCN和固定碳等還原劑，將窯內產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

節能降噪深度煙氣脫硝系統與現行的“分級燃燒”技術有著不同的技術原理，該技術將水泥熟料預熱分解加窯頭煅燒系統看成一個整體性系統的“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。節能降噪深度煙氣脫硝系統的窯尾煤粉燃燒形成一個高強還原區，將窯頭高溫煅燒形成的熱力型氮氧化物高效還原。系統工藝方案流程見圖1。

圖1 深度煙氣脫硝系統工藝流程圖

該脫硝系統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，但不至于形成結皮堵塞而影響系統通風或停產，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。節能降噪深度煙氣脫硝系統改造前后見圖2。

圖2 改造前后示意圖

1.2 窯頭窯尾用煤專家智能優化控制

節能降噪深度煙氣脫硝系統的控制要點還在于頭尾煤用煤控制。通過合理調整分解爐與窯頭煅燒用煤比例，安裝窯頭熱成像儀，實時監控窯內煅燒溫度。使用數字化設備代替人工看火與中控傳統看火鏡頭，并開發智能專家優化控制系統，通過大數據，在預設條件下實現軟件自動調節用煤量，根據窯內火焰溫度、窯尾煙室溫度、分解爐出口溫度、游離鈣檢測值等參數，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，確保預熱器分解爐不結皮堵塞，同時強化煅燒。

根據熱理論計算，當生料達到1100℃以上且在預熱器中完全分解時，熟料煅燒固相反應生成的放熱量（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。根據熟料熱理論的特點，在做好窯內溫度合理控制、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，降低氮氧化物產生量和增加還原氣氛。

2 改造過程

根據公司熟料生產線的窯尾圖紙（包含分解爐三次風管、錐體、上升煙道），實際運行參數，煤粉、生料、熟料化學全分析，現行的SNCR控制數據（包含氨水濃度、用量及氮氧化物排放指標），設計節能降噪深度煙氣脫硝系統技改方案。

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，提高了風量的可調節性，通過轉速調節送煤風量和壓力，冷風量的降低使氧氣的帶入量降低，有利于還原區的創建。

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計時不合理，中間存在4個90°彎頭，導致壓損大，風機能耗高，煤粉易堆積。本次改造對煤粉管道路徑進行優化，穩定送煤氣流，保證送煤量的均勻穩定，有利于分解爐溫度環境的穩定，可獲得均勻穩定的氮氧化物還原區。本次改造管道路徑優化如下：

（1）尾煤出口第一個彎頭在熟料冷卻機西邊把角度進行調整改變送煤管道的路徑；

（2）順沿三次風管方向直接入預熱器分解爐，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節閥門，為了使煤粉均衡進入分解爐充分燃燒。

通過對系統的測算，現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（內徑Φ257mm），一分二路送煤管道由Φ189 mm改為Φ203 mm（內徑Φ 187 mm），增加二分四路送煤管道，送煤管路直徑為152 mm（內徑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?？諝庋鹾?為窯尾還原區建立提供條件，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不完全燃燒提供還原介質，在煙室與三次風管之間建立還原區。對公司分解爐規格型號、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有手動調節閥。

2.2 C4下料管部分技改過程

為了將相對低溫物料下移，吸收還原區高溫，凝聚窯氣中析出的堿硫等有害成分，防止結皮的發生，將現有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入口位置的調整為物料在分解爐中提供穩定的分解反應環境，將C4下料管下部入口調整至分解爐錐體部位。對現有撒料箱進行技改，由固定式撒料箱技改為可調節式撒料箱。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

為了創建還原區，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，形成新的三次風通道。相應加大新加三次風管角度。確保窯氣在還原區存在0.5s以上。優化原三次風管的進風方式及尺寸，以防止存在急彎而產生積料。

2.4 結皮的預防與處理

（1）在每根煤管中心平行的側面制作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，控制煤粉燃燒的區域，可有效的緩解系統結皮。

3 技改項目應用效果

節能降噪煙氣脫硝系統將窯尾送煤風機技改為空氣懸浮風機，技改前后運行參數對比見表1。

表1 窯尾送煤風機技改前后對比

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

表2 主要工藝參數技改前后對比

（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，同時可實現在系統穩定運行，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，保證噸熟料氨水用量不高于4 kg。

節能降噪深度煙氣脫硝系統技術改造對熟料產量、質量無影響，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，每天節約氨水用量為12.05t，按照每年生產時間210天計算每年節約氨水2531t。每噸氨水進廠價格為660元，則年節約氨水成本為167.06萬元/年。

（2）熟料生產能耗降低。本設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。經計算，窯尾送煤風機每天可節約用電量1608 kWh，折算為噸熟料電耗為0.29 kWh/t。按照年產120萬t熟料計算，可節約用電量34.8萬kWh，按照電費0.6元/kWh計算，每年節約電費20.88萬元。

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

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，氨水用量將大幅增加，因氨水用量增加致使分解爐發生爆炸的隱患也隨之增加，通過本系統的改造，同一控制指標下，氨水的用量將大幅降低，排除了系統安全穩定運行存在的隱患。氨逃逸濃度實現下降，對窯尾袋收塵殼體的腐蝕強度下降，保證系統的收塵效率，降低尾排風機的用能浪費，降低了生料粉磨電耗。

4 結語

節能降噪深度煙氣脫硝系統降低了氨水用量，降低了企業成本，節約了送煤系統用電量，降低了廠內噪聲，通過專家智能優化控制系統，精準控制頭尾煤用量，穩定了回轉窯的熱工制度，優化了熟料煅燒工藝參數，是一項值得推廣的脫硝技術。