煙氣脫硝窯尾燒成系統優化的實踐應用

摘要：本文介紹了煙氣脫硝窯尾燒成系統優化的技術原理和技術方案，分析了采用窯尾分解爐高強還原燃燒控制技術可實現將回轉窯內熱力型NOx高強還原，大大降低了NOx生產量，結合在山東省某水泥集團5000噸熟料生產線的實踐應用，通過對分解爐燃燒器、三次風管、四級下料點在分解爐分布系統的優化，采用煙氣脫硝窯尾燒成系統優化后可大大降低NOx本體濃度46%以上，在相同NOx控制指標下可節約氨水用量54%以上，同時可實現NOx控制指標在50mg/m3以內的超低排放標準，煙氣脫硝窯尾燒成系統優化大大降低了NOx排放濃度和排放總量，降低了氨水用量和脫硝成本，具有顯著的經濟效益和社會效益。

關鍵詞：煙氣脫硝；NOx；還原燃燒；超低排放。

1． 前言

隨著環境保護工作形勢的日益嚴峻，NOx作為重點管控指標之一，新型干法水泥回轉窯內的燒結溫度高，過剩空氣量大、NOx排放濃度高且灰量大使其脫硝工程面臨著艱巨的挑戰。目前用于水泥回轉窯NOx排放的控制技術大多采用選擇性非催化還原技術SNCR，但SNCR技術脫氮效率低，日常投入費用太高，給企業生產經營增加了較重的經濟負擔。本文介紹了煙氣脫硝窯尾燒成系統優化的技術原理和技術方案，通過采用窯尾分解爐高強還原燃燒控制技術可實現將回轉窯內熱力型NOx高強還原，大大降低了NOx生產量，結合在山東省某水泥集團5000噸熟料生產線的實踐應用，實現了采用煙氣脫硝窯尾燒成系統優化后可大大降低NOx本體濃度56%以上，在相同NOx控制指標下可節約氨水用量58%以上，煙氣脫硝窯尾燒成系統優化大大降低了NOx排放濃度，降低了氨水用量和脫硝成本，具有顯著的經濟效益和社會效益。

2． 煙氣脫硝窯尾燒成系統技術原理

2.1 煙氣脫硝窯尾燒成系統技術原理

煙氣脫硝窯尾燒成系統采用分解爐高強還原燃燒控制技術和窯頭窯尾用煤量優化控制技術，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NOx強力還原成N2，從而大幅度減少窯尾煙氣的NOx含量，降低NOx的本體濃度，達到脫硝的目的。

2.2 煙氣脫硝窯尾燒成系統優化原則

煙氣脫硝窯尾燒成系統優化在降低NOx本體濃度的同時，通過對分解爐燃燒器、三次風管、四級下料點在分解爐分布系統的優化，實現了分解爐內風、煤、料的混合均勻分布，避免分解爐內局部高溫，優化分解爐內的熱工分布制度，還原回轉窯內的NOx生成量，減少分解爐內燃料型NOx的生成量。其中對分解爐燃燒器、三次風管、四級下料點的優化原則如下：

（1）煙氣脫硝窯尾燒成系統優化對分解爐燃燒器的優化原則是高固氣比煤粉輸送技術；保證煤粉入分解爐分散效果；保證煤粉入分解爐的覆蓋區域和停留時間。

（2）煙氣脫硝窯尾燒成系統優化對三次風管的優化原則是保證脫硝效果的同時保證煤粉完全燃燒；即保證還原劑與NOx的還原反應時間；同時保證三次風在分解爐內的停留時間，保證煤粉的完全燃燒。

（3）煙氣脫硝窯尾燒成系統優化對四級下料點的優化原則是保證分解爐內不產生局部高溫；保證分解爐內不結皮；保證下料管不結皮堵塞；保證不塌料。

3． 煙氣脫硝窯尾燒成系統優化技術方案

山東省某水泥集團5000噸熟料生產線是南京設計院設計5000噸/天熟料生產線，熟料實際產量5800噸/天，標準煤耗102kg/t熟料，現有脫硝系統采用選擇性非催化還原技術SNCR，NOx控制在150mg/m3以內，氨水平均用量在700kg/h。窯系統存在SNCR技術脫硝效率低，氨水用量偏大，煤耗偏高，日常投入環保費用偏高。2021年2月我公司進行了煙氣脫硝窯尾燒成系統優化的技術改造，技術改造的前提是保證現有熟料產質量，優化窯況工藝參數，技術改造的目的是降低NOx的本體濃度，節約SNCR氨水用量。煙氣脫硝窯尾燒成系統優化方案如下：

3.1 生產現狀和主要工藝參數

（1）煙氣脫硝主要技術指標

（2）窯況主要工藝參數

（3）窯尾送煤風機配置參數

3.2分解爐窯尾燃燒器優化方案

（1）窯尾送煤風機參數優化

采用高固氣比煤粉輸送技術，采用變頻調節減少入分解爐冷風量，一方面可以節約熟料煤耗，同時冷風量的減少使氧氣的帶入量降低，有利于還原區的創建。具體使用運行參數：流量：60m3/min；壓力：25-30kpa；功率：90kw。

（2）窯尾送煤管道的優化

窯尾送煤主路管道改為外徑ф245mm（內徑ф229），一分二路送煤管道改為ф180mm（內徑ф164），二分四路送煤管道改為ф146mm（內徑ф130）。送煤管道的優化是獲得最佳的固氣比，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NOx還原區。

（3）分解爐燃燒器和位置的優化

更換旋流擴散型分解爐燃燒器，由原來的兩點送煤優化為四點送煤，安裝位置由原來的三次風管位置處送煤優化在分解爐縮口上方1米位置，即優化后在分解爐縮口上方1米水平位置均布四個旋流擴散型分解爐燃燒器。如圖1所示為旋流擴散型分解爐燃燒示意圖；如圖2所示為優化后分解爐燃燒器安裝位置圖。

圖1 旋流擴散型分解爐燃燒器示意圖

圖2 優化后分解爐燃燒器安裝位置圖

3.3 三次風管優化方案

優化三次風管入分解爐位置，將現有三次風管在分解爐錐部位置處提高3.5米，提高到分解爐柱體位置處，便于還原區的創建。如圖3所示為原三次風管位置示意圖；如圖4所示為優化后三次風管位置示意圖。

圖3 原三次風管位置示意圖

圖4 優化后三次風管位置示意圖

3.4 C4下料管及下料點優化方案

優化C4下料管和四級下料點，將現有C4雙系列單管下料優化為雙系列雙管下料，對C4上、下料比例進行調整，將C4下料管下部下料點優化在分解爐錐部位置并安裝撒料板，C4下料管上部下料點優化到新三次風管上方并安裝撒料板。如圖5所示為原四級下料管示意圖；如圖6所示為優化后四級下料管示意圖：

圖5 原四級下料點示意圖

圖6優化后四級下料點示意圖

3.5 煙氣脫硝窯尾燒成系統改造工程圖

（1）煙氣脫硝窯尾燒成系統改造安裝總工程圖如圖7所示：

圖7 窯尾燒成系統安裝總工程圖

（2）三次風管安裝工程圖如圖8所示：

圖8 三次風管安裝工程圖

（3）四級下料管安裝工程圖如圖9所示：

圖9 四級下料管安裝工程圖

（4）分解爐燃燒器安裝工程圖如圖10所示：

圖10分解爐燃燒器安裝工程圖

4． 煙氣脫硝窯尾燒成系統優化實踐應用及效果

4.1煙氣脫硝窯尾燒成系統優化實施方案

依照煙氣脫硝窯尾燒成系統優化的技術方案，對分解爐燃燒器、三次風管、四級下料點在分解爐分布進行了優化施工，整個項目改造從項目設計、施工監理、工藝調試一體化設計方案，項目改造共消耗鋼材近60噸，耐火材料100噸，整個項目工期20天，其中停窯15天。

4.2煙氣脫硝窯尾燒成系統優化效果

煙氣脫硝窯尾燒成系統優化改造完成后，一次投料成功，熟料產質、量按預定投料方案按期達標，窯尾分料系統、送煤系統運行正常，窯況工藝穩定，煙室及分解爐錐部未發生異常結皮。

（1）熟料產、質量，窯況工藝穩定性

優化改造前投料量為平均370-380t/h，熟料3天強度平均32Mpa，優化改造后投料量平均380-390t/h，熟料3天強度平均32Mpa，煙氣脫硝優化改造前后熟料產、質量不受影響。優化改造后窯況工藝穩定，預熱器系統無出現結皮、堵塞、塌料現象，窯尾燃燒器下移和四級下料管下移后提高了分解爐的容積，提高了煤粉和物料在分解爐的停留時間，預燃器系統熱工工藝更加穩定，平均投料量提高10t/h。

（2）脫硝效率及氨水節約量：

煙氣脫硝窯尾燒成系統優化改造后本體濃度大幅度降低，平均NOx本體濃度由原810mg/m3降低至435mg/m3，實現降低NOx本體濃度46%以上，配合SNCR噴氨系統，改造前NOx控制指標在100mg/m3以內;平均氨水用量在1000-1200kg/h；技術改造后NOx控制指標在100mg/m3以內，平均氨水用量在550-600kg/h；相同NOx控制指標下，實際節約氨水量在54%左右。

改造后，氨水消耗指標同比大幅下降，平均每日日氨水消耗量節約12噸，全年按300天運行時間計算，可節約氨水3600噸，預計全年實現經濟效益252萬元以上。

煙氣脫硝窯尾燒成系統優化技術改造前后主要工藝參數對比如下：

表2煙氣脫硝窯尾燒成系統優化改造前后主要工藝參數對比表

圖11中控現場圖

圖12脫硝系統中控現場圖

5． 結論

本文通過對煙氣脫硝窯尾燒成系統優化技術原理和實施方案進行了詳實的分析，通過在山東省某水泥集團5000噸熟料生產線的實踐應用，獲得如下結論：

（1）煙氣脫硝窯尾燒成系統改造通過優化分解爐燃燒器、三次風管、四級下料點在分解爐分布的位置，采用分解爐高強還原燃燒控制技術可實現將回轉窯內熱力型NOx高強還原，大大降低了NOx生成量，可降低NOx本體濃度56%以上。

（2）實踐證明，煙氣脫硝窯尾燒成系統優化技術改造相對成熟，也是目前進一步降低NOx排放本體濃度節約氨水用量的有效途徑，采用煙氣脫硝窯尾燒成系統優化改造后，相同NOx控制指標下，實際節約氨水量在58%以上，大大降低了氨水用量和脫硝成本，經濟效益和環保改善效果明顯。