宿州海螺水泥窯NOx超低排放工業(yè)實(shí)踐探究

大氣網(wǎng)訊:摘要：為進(jìn)一步降低水泥窯NOx排放量,選擇宿州海螺2號(hào)窯作為工業(yè)實(shí)踐探究對(duì)象。通過(guò)優(yōu)化煤質(zhì)、調(diào)整氨水噴槍類型及位置、優(yōu)化操作的方式,最終將NOx排放濃度控制在100 mg/m3以內(nèi),熟料生產(chǎn)成本上升1.06元/噸。實(shí)踐證明:燃煤中氮含量低,系統(tǒng)產(chǎn)生的NOx會(huì)顯著減少;改善噴槍霧化效果、優(yōu)化噴槍位置脫硝效果得到明顯提高;對(duì)分解爐上下部分煤比例進(jìn)行調(diào)整,增大分解爐錐部用煤量,可使分解爐錐部形成還原區(qū)。

0 引言

水泥生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的污染物主要有粉塵、二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NOx)等。其中NOx排放總量?jī)H次于火力發(fā)電和汽車尾氣NOx排放量，是NOx排放第三大來(lái)源，占全國(guó)NOx排放總量的10%～12%。NOx對(duì)人體及環(huán)境的危害是多方面的，在太陽(yáng)紫外線照射下NOx與碳?xì)浠衔锂a(chǎn)生光化學(xué)煙霧、造成酸雨、降低大氣可見(jiàn)度水泥生產(chǎn)過(guò)程中NOx主要源于熟料煅燒過(guò)程中煤粉的燃燒，其中NO占NOx排放總量的90%以上。煤粉燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的NOx分為熱力型、燃料型和快速型三種。水泥在煅燒過(guò)程中產(chǎn)生的NOx主要是熱力型和燃料型兩種?？焖傩蚇Ox所占比例較少，基本可以忽略不計(jì)。燃料型NOx約占NOx排放總量的60%～90%。

1 工業(yè)實(shí)踐探究

本次工業(yè)實(shí)踐探究在理論研究的基礎(chǔ)上，著力于降低生成過(guò)程中熱力型與燃料型NOx的生成量。選取宿州海螺4 500 t/d預(yù)分解窯（2號(hào)窯）作為試驗(yàn)對(duì)象。整個(gè)過(guò)程分為兩個(gè)階段，選擇20%氨水作為SNCR脫硝用還原劑。正常運(yùn)行過(guò)程中，使用SNCR脫硝技術(shù)， 窯尾NOx排放濃度控制在200mg/m3以內(nèi)有一定的難度。為滿足日益嚴(yán)格的環(huán)保要求，本次試驗(yàn)分兩個(gè)階段進(jìn)行，第一階段窯喂料穩(wěn)定在360t/h左右時(shí)，窯尾NOx排放濃度可控制在100 mg/m3以內(nèi)。在第一階段試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上進(jìn)行了第二階段試驗(yàn)，同樣將窯尾NOx排放濃度控制在100mg/m3以內(nèi)，窯喂料量穩(wěn)定在395 t/h左右。

1.1 第一階段試驗(yàn)

1.1.1 調(diào)整措施

（1）通過(guò)正常生產(chǎn)運(yùn)行的生產(chǎn)指標(biāo)對(duì)比分析后，選擇氮含量為0.81%，灰分為22%左右的煤作為試驗(yàn)過(guò)程中煅燒熟料所用燃煤。

（2）對(duì)窯、磨系統(tǒng)的漏風(fēng)情況進(jìn)行系統(tǒng)性檢查處理，減少系統(tǒng)漏風(fēng)量，降低窯尾排放廢氣中氧含量。

（3）窯喂料360 t/h，穩(wěn)定窯內(nèi)煅燒，保障水泥熟料質(zhì)量合格；

（4）對(duì)脫硝系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整，將氨水噴槍布置在C5A、C5B旋風(fēng)筒錐部進(jìn)行試驗(yàn)，提高脫硝效率；

（5）將扁口噴槍和六孔噴槍更換為八孔噴槍，提高霧化效果。

1.1.2 第一階段調(diào)整結(jié)果

第一階段調(diào)整前后生產(chǎn)指標(biāo)對(duì)比情況如表1所示： 12月9日至12日試驗(yàn)期間窯尾NOx排放濃度均能控制100 mg/m3以下（平均72.93 mg/m3），較試驗(yàn)前（11月11日～18日）NOx排放濃度平均值下降128 mg/m3。與試驗(yàn)前相比熟料臺(tái)時(shí)下降27.2 t/h，標(biāo)準(zhǔn)煤耗上升4.28 kg/t，熟料工序電耗上升2.18 kWh/t，噸熟料氨水消耗上升0.96 L/t。

第一階段工業(yè)實(shí)踐將NOx排放量控制在100 mg/m3以內(nèi)，達(dá)到了實(shí)踐之前設(shè)定的目標(biāo)，但由于回轉(zhuǎn)窯一直處于低產(chǎn)運(yùn)行，窯產(chǎn)能未得到有效發(fā)揮，各項(xiàng)生產(chǎn)指標(biāo)大幅度下滑，影響企業(yè)生產(chǎn)效益。在第一階段試驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了第二階段NOx超低排放試驗(yàn)。

1.2 第二階段試驗(yàn)

由于S N C R 脫硝反應(yīng)的溫度區(qū)間在850~1150 ℃，而目前我公司懸浮預(yù)熱器C5旋風(fēng)筒內(nèi)的溫度一般維持在850 ℃以上，符合SNCR反應(yīng)溫度區(qū)間。此外為了保證還原劑與NOx有足夠的反應(yīng)時(shí)間得到更佳的NOx脫除率，選擇C5錐部作為氨水噴入點(diǎn)。與此同時(shí)增加C5錐部氨水噴入點(diǎn)數(shù)量使還原劑與NOx能夠在更短的時(shí)間內(nèi)充分接觸。為了降低窯內(nèi)熱力型NOx的產(chǎn)生量，適當(dāng)降低窯內(nèi)溫度，減少窯頭煤用量，并對(duì)原有的分級(jí)燃燒進(jìn)行調(diào)整。

1.2.1 調(diào)整措施

（1）在保持噴入氨水總量不變的情況下，將原C5筒錐部4桿噴槍分為8桿噴槍進(jìn)行重新優(yōu)化布設(shè)。噴槍布置情況為：在分解爐上部布置2桿噴槍，C5A、C5B錐部各3桿噴槍；同時(shí)將原C5筒出口2桿噴槍分成4桿移至C5筒錐部，目前系統(tǒng)共14桿噴槍投用（C5A、C5B錐部各5桿噴槍，分解爐4桿）。

（2）將窯喂料量逐步加到395 t/h左右并保持穩(wěn)定，在保障水泥熟料煅燒質(zhì)量的前提下，適當(dāng)減少窯頭用煤量。

（3）增大三次風(fēng)閘板開(kāi)度，調(diào)整篦冷機(jī)用風(fēng)。

（4）將分解爐分級(jí)燃燒由原有比例錐部用煤∶中部用煤由7∶3調(diào)整為9∶1。

1.2.2 第二階段調(diào)整結(jié)果

第二階段調(diào)整后生產(chǎn)指標(biāo)情況如表2所示：12月13日～15日試驗(yàn)期間窯尾NOx排放均能控制在100 mg/m3以下（平均79.34 mg/m3），較試驗(yàn)前（11月11日～18日）下降121.6 mg/m3，熟料臺(tái)時(shí)下降3.23 t/h，標(biāo)準(zhǔn)煤耗上升0.52 kg/t，熟料工序電耗上升0.71 kWh/t，氨水消耗上升0.54 L/t。

2 生產(chǎn)成本測(cè)算

2.1 環(huán)保稅測(cè)算分析

從表3可以看出：11月11日～18日NOx按照低于特別排放限值30%進(jìn)行控制（即折算濃度220 mg/m3），NOx折算濃度平均為215.98 mg/m3，在12月9日～15日試驗(yàn)期間NOx折算濃度平均為75.78 mg/m3，較試驗(yàn)前下降140.2 mg/m3。

NOx超低排放工業(yè)實(shí)踐期間NOx日均排放量為714.15 kg，日應(yīng)繳納環(huán)保稅902.09元，較試驗(yàn)前降低2 365.88元。根據(jù)環(huán)保稅優(yōu)惠政策征收要求，按照NOx超低排放試驗(yàn)期間排放量測(cè)算環(huán)保稅日需繳納451.04元，較試驗(yàn)前降低1 999.93元。每噸熟料繳納環(huán)保稅較試驗(yàn)前節(jié)約0.33元/噸。

2.2 噸熟料生產(chǎn)成本測(cè)算

按照原煤價(jià)格619元/t（不含稅），平均電價(jià)0.625元/kWh，氨水價(jià)格628.9元/t（不含稅）進(jìn)行測(cè)算，在熟料臺(tái)時(shí)下降3.23 t/h，標(biāo)準(zhǔn)煤耗上升0.52 kg/t，熟料工序電耗上升0.71 kWh/t，氨水消耗上升0.54 L/t，環(huán)保稅下降0.33元/t的情況下，噸生產(chǎn)熟料生產(chǎn)成本上升1.06元。

3 結(jié)果分析

（1）煅燒熟料所用的燃煤中氮含量低，系統(tǒng)產(chǎn)生的NOx會(huì)顯著減少。

（2）改善噴槍霧化效果、優(yōu)化噴槍位置脫硝效果得到明顯提高。這主要是因?yàn)殪F化效果改善后，增加了氨水液滴與煙氣的接觸面積，從而提高脫硝效率．減少氨水耗量。同時(shí)，優(yōu)化噴入氨水位置可以讓脫硝反應(yīng)在合適的溫度區(qū)間進(jìn)行，并且保障脫硝反應(yīng)時(shí)間、降低系統(tǒng)中CO對(duì)脫硝效率的影響。

（3）對(duì)分解爐上下部分煤比例進(jìn)行調(diào)整，增大分解爐錐部用煤量，使分解爐錐部形成還原區(qū)；煤粉的不完全燃燒以及分解爐內(nèi)CaCO3分解產(chǎn)生大量的CO2與未燃盡的煤焦發(fā)生反應(yīng)：C+CO2→CO，產(chǎn)生CO，在金屬氧化物的催化作用下，發(fā)生異相還原反應(yīng)將NO還原成N2，降低了系統(tǒng)NOx的排放量。

（4）通過(guò)實(shí)踐調(diào)整，4 500 t/d水泥窯NOx排放濃度能有效控制在100 mg/m3以下，但熟料成本上升了1.06元/t，這主要還是因?yàn)镹Ox超低排放期間的喂料量比正常運(yùn)行時(shí)低，一定程度上限制了窯的產(chǎn)能的發(fā)揮。