烟气脱硝窑尾烧成系统优化的实践应用

  摘要：本文介绍了烟气脱硝窑尾烧成系统优化的技术原理和技术方案，分析了采用窑尾分解炉高强还原燃烧控制技术可实现将回转窑内热力型NOx高强还原，大大降低了NOx生产量，结合在山东省某水泥集团5000吨熟料生产线的实践应用，通过对分解炉燃烧器、三次风管、四级下料点在分解炉分布系统的优化，采用烟气脱硝窑尾烧成系统优化后可大大降低NOx本体浓度46%以上，在相同NOx控制指标下可节约氨水用量54%以上，同时可实现NOx控制指标在50mg/m3以内的超低排放标准，烟气脱硝窑尾烧成系统优化大大降低了NOx排放浓度和排放总量，降低了氨水用量和脱硝成本，具有显著的经济效益和社会效益。

  关键词：烟气脱硝；NOx；还原燃烧；超低排放。

  1． 前言

  随着环境保护工作形势的日益严峻，NOx作为重点管控指标之一，新型干法水泥回转窑内的烧结温度高，过剩空气量大、NOx排放浓度高且灰量大使其脱硝工程面临着艰巨的挑战。目前用于水泥回转窑NOx排放的控制技术大多采用选择性非催化还原技术SNCR，但SNCR技术脱氮效率低，日常投入费用太高，给企业生产经营增加了较重的经济负担。本文介绍了烟气脱硝窑尾烧成系统优化的技术原理和技术方案，通过采用窑尾分解炉高强还原燃烧控制技术可实现将回转窑内热力型NOx高强还原，大大降低了NOx生产量，结合在山东省某水泥集团5000吨熟料生产线的实践应用，实现了采用烟气脱硝窑尾烧成系统优化后可大大降低NOx本体浓度56%以上，在相同NOx控制指标下可节约氨水用量58%以上，烟气脱硝窑尾烧成系统优化大大降低了NOx排放浓度，降低了氨水用量和脱硝成本，具有显著的经济效益和社会效益。

  2． 烟气脱硝窑尾烧成系统技术原理

  2.1 烟气脱硝窑尾烧成系统技术原理

  烟气脱硝窑尾烧成系统采用分解炉高强还原燃烧控制技术和窑头窑尾用煤量优化控制技术，使煤粉在分解炉内全部分解，形成大量的CO、CHi、H2、HCN和固定碳等还原剂，将窑内产生的热力型NOx强力还原成N2，从而大幅度减少窑尾烟气的NOx含量，降低NOx的本体浓度，达到脱硝的目的。

  2.2 烟气脱硝窑尾烧成系统优化原则

  烟气脱硝窑尾烧成系统优化在降低NOx本体浓度的同时，通过对分解炉燃烧器、三次风管、四级下料点在分解炉分布系统的优化，实现了分解炉内风、煤、料的混合均匀分布，避免分解炉内局部高温，优化分解炉内的热工分布制度，还原回转窑内的NOx生成量，减少分解炉内燃料型NOx的生成量。其中对分解炉燃烧器、三次风管、四级下料点的优化原则如下：

  （1）烟气脱硝窑尾烧成系统优化对分解炉燃烧器的优化原则是高固气比煤粉输送技术；保证煤粉入分解炉分散效果；保证煤粉入分解炉的覆盖区域和停留时间。

  （2）烟气脱硝窑尾烧成系统优化对三次风管的优化原则是保证脱硝效果的同时保证煤粉完全燃烧；即保证还原剂与NOx的还原反应时间；同时保证三次风在分解炉内的停留时间，保证煤粉的完全燃烧。

  （3）烟气脱硝窑尾烧成系统优化对四级下料点的优化原则是保证分解炉内不产生局部高温；保证分解炉内不结皮；保证下料管不结皮堵塞；保证不塌料。

  3． 烟气脱硝窑尾烧成系统优化技术方案

  山东省某水泥集团5000吨熟料生产线是南京设计院设计5000吨/天熟料生产线，熟料实际产量5800吨/天，标准煤耗102kg/t熟料，现有脱硝系统采用选择性非催化还原技术SNCR，NOx控制在150mg/m3以内，氨水平均用量在700kg/h。窑系统存在SNCR技术脱硝效率低，氨水用量偏大，煤耗偏高，日常投入环保费用偏高。2021年2月我公司进行了烟气脱硝窑尾烧成系统优化的技术改造，技术改造的前提是保证现有熟料产质量，优化窑况工艺参数，技术改造的目的是降低NOx的本体浓度，节约SNCR氨水用量。烟气脱硝窑尾烧成系统优化方案如下：

  3.1 生产现状和主要工艺参数

  （1）烟气脱硝主要技术指标

  （2）窑况主要工艺参数

  （3）窑尾送煤风机配置参数

  3.2分解炉窑尾燃烧器优化方案

  （1）窑尾送煤风机参数优化

  采用高固气比煤粉输送技术，采用变频调节减少入分解炉冷风量，一方面可以节约熟料煤耗，同时冷风量的减少使氧气的带入量降低，有利于还原区的创建。具体使用运行参数：流量：60m3/min；压力：25-30kpa；功率：90kw。

  （2）窑尾送煤管道的优化

  窑尾送煤主路管道改为外径ф245mm（内径ф229），一分二路送煤管道改为ф180mm（内径ф164），二分四路送煤管道改为ф146mm（内径ф130）。送煤管道的优化是获得最佳的固气比，稳定送煤气流，保证送煤量的均匀稳定，有利于分解炉温度环境的稳定，可获得均匀稳定的NOx还原区。

  （3）分解炉燃烧器和位置的优化

  更换旋流扩散型分解炉燃烧器，由原来的两点送煤优化为四点送煤，安装位置由原来的三次风管位置处送煤优化在分解炉缩口上方1米位置，即优化后在分解炉缩口上方1米水平位置均布四个旋流扩散型分解炉燃烧器。如图1所示为旋流扩散型分解炉燃烧示意图；如图2所示为优化后分解炉燃烧器安装位置图。

图1 旋流扩散型分解炉燃烧器示意图

图2 优化后分解炉燃烧器安装位置图

  3.3 三次风管优化方案

  优化三次风管入分解炉位置，将现有三次风管在分解炉锥部位置处提高3.5米，提高到分解炉柱体位置处，便于还原区的创建。如图3所示为原三次风管位置示意图；如图4所示为优化后三次风管位置示意图。

图3 原三次风管位置示意图

图4 优化后三次风管位置示意图

  3.4 C4下料管及下料点优化方案

  优化C4下料管和四级下料点，将现有C4双系列单管下料优化为双系列双管下料，对C4上、下料比例进行调整，将C4下料管下部下料点优化在分解炉锥部位置并安装撒料板，C4下料管上部下料点优化到新三次风管上方并安装撒料板。如图5所示为原四级下料管示意图；如图6所示为优化后四级下料管示意图：

图5 原四级下料点示意图

图6优化后四级下料点示意图

  3.5 烟气脱硝窑尾烧成系统改造工程图

  （1）烟气脱硝窑尾烧成系统改造安装总工程图如图7所示：

图7 窑尾烧成系统安装总工程图

  （2）三次风管安装工程图如图8所示：

图8 三次风管安装工程图

  （3）四级下料管安装工程图如图9所示：

图9 四级下料管安装工程图

  （4）分解炉燃烧器安装工程图如图10所示：

图10分解炉燃烧器安装工程图

  4． 烟气脱硝窑尾烧成系统优化实践应用及效果

  4.1烟气脱硝窑尾烧成系统优化实施方案

  依照烟气脱硝窑尾烧成系统优化的技术方案，对分解炉燃烧器、三次风管、四级下料点在分解炉分布进行了优化施工，整个项目改造从项目设计、施工监理、工艺调试一体化设计方案，项目改造共消耗钢材近60吨，耐火材料100吨，整个项目工期20天，其中停窑15天。

  4.2烟气脱硝窑尾烧成系统优化效果

  烟气脱硝窑尾烧成系统优化改造完成后，一次投料成功，熟料产质、量按预定投料方案按期达标，窑尾分料系统、送煤系统运行正常，窑况工艺稳定，烟室及分解炉锥部未发生异常结皮。

  （1）熟料产、质量，窑况工艺稳定性

  优化改造前投料量为平均370-380t/h，熟料3天强度平均32Mpa，优化改造后投料量平均380-390t/h，熟料3天强度平均32Mpa，烟气脱硝优化改造前后熟料产、质量不受影响。优化改造后窑况工艺稳定，预热器系统无出现结皮、堵塞、塌料现象，窑尾燃烧器下移和四级下料管下移后提高了分解炉的容积，提高了煤粉和物料在分解炉的停留时间，预燃器系统热工工艺更加稳定，平均投料量提高10t/h。

  （2）脱硝效率及氨水节约量：

  烟气脱硝窑尾烧成系统优化改造后本体浓度大幅度降低，平均NOx本体浓度由原810mg/m3降低至435mg/m3，实现降低NOx本体浓度46%以上，配合SNCR喷氨系统，改造前NOx控制指标在100mg/m3以内;平均氨水用量在1000-1200kg/h；技术改造后NOx控制指标在100mg/m3以内，平均氨水用量在550-600kg/h；相同NOx控制指标下，实际节约氨水量在54%左右。

  改造后，氨水消耗指标同比大幅下降，平均每日日氨水消耗量节约12吨，全年按300天运行时间计算，可节约氨水3600吨，预计全年实现经济效益252万元以上。

  烟气脱硝窑尾烧成系统优化技术改造前后主要工艺参数对比如下：

表2烟气脱硝窑尾烧成系统优化改造前后主要工艺参数对比表

图11中控现场图

图12脱硝系统中控现场图

  5． 结论

  本文通过对烟气脱硝窑尾烧成系统优化技术原理和实施方案进行了详实的分析，通过在山东省某水泥集团5000吨熟料生产线的实践应用，获得如下结论：

  （1）烟气脱硝窑尾烧成系统改造通过优化分解炉燃烧器、三次风管、四级下料点在分解炉分布的位置，采用分解炉高强还原燃烧控制技术可实现将回转窑内热力型NOx高强还原，大大降低了NOx生成量，可降低NOx本体浓度56%以上。

  （2）实践证明，烟气脱硝窑尾烧成系统优化技术改造相对成熟，也是目前进一步降低NOx排放本体浓度节约氨水用量的有效途径，采用烟气脱硝窑尾烧成系统优化改造后，相同NOx控制指标下，实际节约氨水量在58%以上，大大降低了氨水用量和脱硝成本，经济效益和环保改善效果明显。