引言

水泥行業(yè)是傳統(tǒng)高能耗資源型企業(yè)，生產(chǎn)中的污染物排放也在我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)中占有較大比例。水泥生產(chǎn)過(guò)程中排出的NOx也是水泥行業(yè)所排放污染物的重要組成部分。隨著環(huán)保形勢(shì)日益嚴(yán)峻，我國(guó)對(duì)NOx排放管控也日益嚴(yán)格。

中華人民共和國(guó)生態(tài)環(huán)境辦公廳2020年出臺(tái)的《重污染天氣重點(diǎn)行業(yè)應(yīng)急減排措施制定技術(shù)指南(2020年修訂版)》(環(huán)辦大氣函〔2020〕340號(hào))中對(duì)水泥行業(yè)A級(jí)企業(yè)績(jī)效分級(jí)指標(biāo)要求水泥窯及窯尾余熱利用系統(tǒng)NOx 排放濃度不高于50mg/m3，氨逃逸<5mg/m3。這就要求水泥企業(yè)必須通過(guò)一系列技術(shù)手段降低NOx排放。

目前我國(guó)水泥企業(yè)常用的脫硝技術(shù)分為SNCR(選擇性非催化還原)技術(shù)和SCR(選擇性催化還原)技術(shù)。我公司某5000t/d新型干法水泥熟料生產(chǎn)線采用SNCR氨水脫硝系統(tǒng)，NOx常規(guī)排放值在80mg/m3左右，氨逃逸在100mg/m3左右，為提高公司環(huán)保績(jī)效管理水平，對(duì)該條生產(chǎn)線水泥窯爐煙氣脫硝系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造勢(shì)在必行。

1.1 改造前工藝狀況

我公司某條設(shè)計(jì)為5000t/d的新型干法水泥熟料生產(chǎn)線，配套9MW純低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)，于2009年10月投產(chǎn)運(yùn)行，采用雙系列五級(jí)預(yù)熱器，回轉(zhuǎn)窯規(guī)格中4.8m×72m。窯設(shè)計(jì)產(chǎn)能5000t/d，窯尾煙室NOx在1500~1600ppm，氨水用量大，成本非常高。2019年年底大修后，地方政府要求NOx排放濃度控制<100mg/m3時(shí)，氨水用量在1.2m3/h，嚴(yán)重影響熟料成本費(fèi)用。

1.2 存在的問(wèn)題

該生產(chǎn)線原來(lái)NOx脫硝系統(tǒng)由氨水儲(chǔ)存罐、氨水泵、流量閥、管道、分解爐中上部均勻分布的6根氨水噴槍組成。未對(duì)預(yù)熱器分解爐部位分煤、分風(fēng)、分料等方面進(jìn)行改造，脫硝效率偏低，氨水噴入量過(guò)高。

具體表現(xiàn)為：

(1)在回轉(zhuǎn)窯產(chǎn)量未增加的情況下，不斷增加氨水用量來(lái)降低窯尾煙筒排放的氮氧化物含量控制在100mg/m3以內(nèi)時(shí)，氨水的用量由正常使用的0.72m3/h增加到1.2m3/h以上。

(2)隨著氨水用量的增加，窯尾煙筒排放的氨逃逸率由正常的5.8mg/Nm3增加到15.3mg/Nm3，說(shuō)明部分氨水沒(méi)有發(fā)揮出其真正的脫硝作用。

(3)原料磨的低效運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間延長(zhǎng)，當(dāng)一臺(tái)原料磨停機(jī)時(shí)，NOx排放數(shù)值難以控制，對(duì)此回轉(zhuǎn)窯只能進(jìn)行大幅度的減料運(yùn)行。

為保證回轉(zhuǎn)窯的正常運(yùn)行，只能延長(zhǎng)原料磨的運(yùn)行時(shí)間，保持兩臺(tái)原料磨的低效率運(yùn)行，來(lái)穩(wěn)定窯尾NOx的排放，導(dǎo)致生產(chǎn)成本上升。

實(shí)測(cè)窯尾煙室NOx含量為1500~1600ppm，分解爐鵝頸管為中6.72m，氨水噴槍均勻地分布在鵝頸管下部，距離Cs旋風(fēng)筒進(jìn)口管道約10m。當(dāng)NOx含量由原來(lái)的300 mg/m3降低至100mg/m3時(shí)，通過(guò)增加氨水的消耗量與保持兩臺(tái)原料磨的低效率運(yùn)行來(lái)控制NOx的有效排放，其主要原因?yàn)椋含F(xiàn)在的氨水噴槍均勻地分布在φ6.72m 的分解爐鵝頸管下部，距離五級(jí)旋風(fēng)筒進(jìn)口管道約10m的位置上，噴槍插入內(nèi)部600mm，噴嘴為扇形，該處溫度為900℃，氨水的噴入量為1.2m3/h，氨逃逸率為15.3mg/Nm3。說(shuō)明在中6.72m的分解爐內(nèi)部中，氨水不能全面覆蓋到整個(gè)分解爐的橫截面，導(dǎo)致部分空間存在脫硝效率不完全的情況發(fā)生。同時(shí)隨著回轉(zhuǎn)窯產(chǎn)量的增加，窯內(nèi)本身出現(xiàn)的熱力型NOx含量就高，如果不將窯內(nèi)的熱力型NOx含量進(jìn)行一次還原，那么單純的只依靠分解爐的氨水脫硝，其效果不好。

3.1 采用分級(jí)燃燒技術(shù)

(1)重新確定分解爐火嘴位置，根據(jù)分解爐用煤量確定管道直徑及布局。

(2)將三次風(fēng)管提高3m左右(原來(lái)三次風(fēng)管位置在分解爐錐體與圓筒連接處，見(jiàn)圖1)，在分解爐爐內(nèi)下部區(qū)域建立還原區(qū)，在分解爐噴煤管道位置不變的情況下，將三次風(fēng)管提高(圖1)，那么就會(huì)延長(zhǎng)分解爐內(nèi)部煤粉與三次風(fēng)的接觸時(shí)間，導(dǎo)致煤粉的燃燒時(shí)間變緩，當(dāng)煤粉不能及時(shí)燃燒的情況下，就會(huì)形成一部分CO，該部分CO與窯內(nèi)出現(xiàn)的NOx相結(jié)合，能有效降低熱力型NOx的含量，提高分級(jí)燃燒脫硝效率。

圖1 三次風(fēng)管抬高圖

(3)更換C₄下料管翻板閥和入分解爐部位的撒料箱，目的是有效地控制還原區(qū)溫度。不管是更換翻板閥還是更換撒料箱，其目的均在于提高入爐物料分散效率，使其物料能夠均勻地在分解爐內(nèi)進(jìn)行分解，減少成團(tuán)物料的出現(xiàn)，只有均勻的物料分布才能降低分解爐內(nèi)的高溫區(qū)出現(xiàn)，才能使物料與氨水得到較好接觸。

改造后，在入窯分解率穩(wěn)定保持在93%以上的情況下，分解爐出口溫度由875℃降低到870℃，C₅出口溫度由870℃降低到862℃，分解爐出口CO濃度由1500ppm降低到500ppm以下，分解爐用煤量也略有降低。窯尾NOx也降至450mg/Nm3左右。

3.2 實(shí)施SCR技術(shù)改造

SCR系統(tǒng)布置于C₁和余熱發(fā)電窯尾鍋爐之間，并設(shè)置旁路管道。拆除現(xiàn)有增濕塔，利用增濕塔框架建設(shè)SCR反應(yīng)器。拆除增濕塔的同時(shí)新配套煙道增濕降溫系統(tǒng)，以補(bǔ)足增濕塔拆除后的煙氣降溫需要。煙氣從預(yù)熱器一級(jí)出口匯總管道引至脫硝反應(yīng)器，后經(jīng)管道回發(fā)電窯尾鍋爐進(jìn)口。SCR反應(yīng)器進(jìn)出口設(shè)有電動(dòng)閥門(mén)和旁路管道，在SCR系統(tǒng)臨時(shí)檢修或異常高溫時(shí)可通過(guò)旁路而不影響原系統(tǒng)正常運(yùn)行。其工藝圖如圖2所示。

圖2 SCR技術(shù)改造工藝圖

SCR系統(tǒng)聯(lián)合原有SNCR系統(tǒng)形成SNCR+SCR脫硝系統(tǒng)。利用SNCR系統(tǒng)將NOx降低到450mg/Nm3左右，剩余的氨氣和煙氣通過(guò)SCR脫硝系統(tǒng)后，NOx從450mg/Nm3降低到50 mg/Nm3以下，最終實(shí)現(xiàn)NOx超低排放，同時(shí)保證氨逃逸≤5mg/Nm3。且噸熟料氨水用量由原來(lái)的1.2m3/h 降低至0.4m3/h。

通過(guò)分級(jí)燃燒技術(shù)改造，可以有效降低分解爐出口CO值，在控制分解率不變的情況下，降低分解爐和C；出口溫度，降低分解爐用煤，且窯尾NOx有明顯降低。通過(guò)SCR脫硝技術(shù)改造，NOx含量從450mg/Nm3降低到50mg/Nm3以下，最終實(shí)現(xiàn)NOx超低排放，同時(shí)保證氨逃逸≤5mg/Nm3。通過(guò)以上改造，NOx排放濃度、氨逃逸濃度、噸熟料氨水消耗已達(dá)目標(biāo)值。

作者：張明重1，李玉軍1，劉彥偉2

企業(yè)：《1唐山冀東水泥股份有限公司；2唐山冀東水泥股份有限公司唐山分公司》

來(lái)源：《中國(guó)水泥》

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