水泥窯氮氧化物超低排放的技術(shù)改造

引言

某公司有兩條水泥熟料生產(chǎn)線，一線設(shè)計(jì)產(chǎn)能為2500t/d熟料、年產(chǎn)水泥80萬噸水泥，二線設(shè)計(jì)產(chǎn)能為4000t/d熟料，兩條生產(chǎn)線均配備有純低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)。其中，二線自2018年8月起，開展了水泥窯氮氧化物超低排放改造試驗(yàn)，于2019年2月完成改造，2019年8月驗(yàn)收通過。穩(wěn)定的系統(tǒng)工況對氮氧化物排放濃度的控制至關(guān)重要。改造前，二線氮氧化物排放濃度<100mg/Nm3(以NO?計(jì)，指煙氣中O?含量10％狀態(tài)下的排放濃度及單位產(chǎn)品排放量，下文同)。經(jīng)采取全系統(tǒng)智能化控制及精細(xì)化管理措施后，氮氧化物排放濃度達(dá)到<50mg/Nm3的改造目標(biāo)。1改造方案1.1源頭控制，減少NOx的產(chǎn)生水泥熟料的煅燒過程中會(huì)產(chǎn)生大量的NO和NO?，其中，NO約占90％以上，NO?僅占5％～10％。按生成方式，NOx可分為原料型、燃料型、快速型和熱力型，其中，熱力型NOx是主要來源。針對如何減少熱力型NOx的問題，分析形成如下解決方案：(1)加強(qiáng)管理。結(jié)合原、燃料情況，進(jìn)行詳細(xì)的化學(xué)和物理分析，嚴(yán)格各工序的質(zhì)量管理，優(yōu)化窯系統(tǒng)的操作參數(shù)，使窯系統(tǒng)長期處于穩(wěn)定優(yōu)化狀態(tài)，減少能源消耗，從而減少NOx的產(chǎn)生。(2)加強(qiáng)工藝操作，控制燒成溫度，熱力型NOx的形成主要跟燒成溫度有關(guān)。實(shí)驗(yàn)表明，溫度從1550℃起到1900℃，特別在1750℃后，NOx的產(chǎn)生量幾乎是直線上升。因此，若要控制NOx的產(chǎn)生量，就必須將燒成溫度盡量控制在1750℃以下，同時(shí)又要保證熟料的燒成質(zhì)量。(3)使用低氮燃燒器。采用大推力、低風(fēng)量、混合好、火焰細(xì)而不長的燃燒器，通過“低氧、低氮、控高溫”的方式，減少NOx的生成。通過重新設(shè)計(jì)燃燒端部間隙及風(fēng)道截面積，降低入窯一次風(fēng)量，提高風(fēng)速，提高煤粉完全燃燒率，降低系統(tǒng)煤耗，以減少NOx的產(chǎn)生。1.2末端治理，將NOx還原為無污染的N?(1)采用分級燃燒技術(shù)，建立還原區(qū)，通過CO將NOx還原為N?，同時(shí)利用三次風(fēng)，將CO轉(zhuǎn)化為CO?。公司分別于2013年及2017年將分解爐煤管由分解爐錐體下方移至煙室縮口上方，取得了不錯(cuò)效果。2019年，繼續(xù)將分解爐用煤引一路至窯尾煙室，氨水用量下降0.20m3/h左右(需注意煙室煤量的比例，煤量過多會(huì)引起窯況變差，一般不宜超過窯尾總用煤量的50％)；將三次風(fēng)管入分解爐位置抬高(約提高1.6m)，增大了分解爐錐體還原區(qū)。改造位置見圖1，歷次改造效果見表1。圖1改造位置表1歷次改造效果(2)采用SNCR技術(shù)，通過脫硝劑，如氨水等，在一定的條件下，與NOx反應(yīng)生成N?。SNCR煙氣脫硝技術(shù)的關(guān)鍵在于氨水噴入點(diǎn)位置的選擇和氨水霧化的效果，合理的噴入點(diǎn)及良好的霧化效果，不僅可以保證氨水充分與煙氣中的NOx發(fā)生還原反應(yīng)，還可以在保證脫硝效果的同時(shí)，使還原劑(氨水)的消耗量和氨逃逸更低。1.3全系統(tǒng)智能化過程控制(1)使用生料配料智能控制。采用在線y分析儀配料，1min檢測一個(gè)樣品，極大地穩(wěn)定了入窯率值，為穩(wěn)定窯系統(tǒng)煅燒制度提供了基礎(chǔ)，利于NOx的穩(wěn)定控制。(2)使用燒成智能專家控制系統(tǒng)。采用五個(gè)模塊分別對高溫風(fēng)機(jī)、窯頭喂煤秤、窯尾喂煤秤、篦冷機(jī)、窯頭排風(fēng)機(jī)進(jìn)行智能控制，不斷優(yōu)化控制過程中的關(guān)鍵參數(shù)，形成合理的煅燒制度，降低窯內(nèi)NOx的產(chǎn)生總量，從源頭進(jìn)行控制。(3)使用脫硝智能專家控制系統(tǒng)。采用智能專家模塊控制氨水噴入量，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)、高效、穩(wěn)定的氨水控制趨勢，如圖2所示。綠色曲線是氮氧化物瞬時(shí)值，紅色曲線是連續(xù)小時(shí)平均值。從圖2可見，手動(dòng)控制連續(xù)小時(shí)平均值波動(dòng)比較大，自動(dòng)控制波動(dòng)較小，同時(shí)，氨水用量較以前有所下降。圖2脫硝智能專家控制系統(tǒng)使用前后對比1.4全系統(tǒng)精細(xì)化操作控制(1)加強(qiáng)原料及配料控制。結(jié)合自身原、燃料情況，加強(qiáng)質(zhì)量控制，保證原燃料成分合格，嚴(yán)控有害成分含量。根據(jù)自身工藝條件，選擇合理的配料方案，保證生料率值在合理的范圍內(nèi)，有利于熟料煅燒及合理控制NOx生成量。(2)加強(qiáng)煤粉灰分、揮發(fā)分的控制。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，高灰分和低揮發(fā)分對分級燃燒效率有很大的影響。通過不斷實(shí)踐，公司二線入窯煤粉控制范圍為：灰分16％～19％，揮發(fā)分27％～32％，分級燃燒效率達(dá)到最優(yōu)。(3)加強(qiáng)中控室精細(xì)化操作控制。依托于一級氣體分析、窯尾氣體分析儀及智能專家自動(dòng)控制系統(tǒng)，通過精細(xì)化操作，控制窯內(nèi)煅燒氣氛，減少熱力型NOx產(chǎn)生。穩(wěn)定二次風(fēng)溫(1100℃以上)、三次風(fēng)溫(950℃以上)，降低系統(tǒng)煤耗，保證煤粉快速有效燃燒?？刂聘G尾煙室氧含量在2.0％～2.5％，控制C1出口氧含量<3％，合理調(diào)配窯爐配風(fēng)，減少系統(tǒng)整體用風(fēng)。2改造效果通過半年時(shí)間的運(yùn)行，公司二線氮氧化物脫硝項(xiàng)目運(yùn)行穩(wěn)定，氮氧化物排放濃度<50mg/m3，氨逃逸<8mg/m3，并于2019年8月21日通過了超低排放驗(yàn)收，達(dá)到了預(yù)期改造效果。氨水用量約0.85m3/h左右，熟料產(chǎn)量約5600t/d，噸熟料氨水(濃度20％)消耗量為0.85÷0.92×24÷5600=3.96kg。表2為2號生產(chǎn)線窯尾廢氣外排口(100％)氨逃逸檢測結(jié)果。表2

2號生產(chǎn)線窯尾廢氣外排口(100％)氨逃逸檢測結(jié)果3結(jié)語

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