技術(shù) | 淺談超低排放與節(jié)能降耗并重的技改實(shí)踐

大氣網(wǎng)訊:摘要：Φ4.3m×62m新型干法回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)超低排放、節(jié)能降耗、擴(kuò)容提產(chǎn)綜合技術(shù)改造，通過應(yīng)用大溫差預(yù)熱預(yù)分解工藝、石灰渣與熱生料內(nèi)循環(huán)脫硫、蒸汽還原脫硝、窯尾袋收塵擴(kuò)容、高效節(jié)能風(fēng)機(jī)等技術(shù)組合，確定了工藝優(yōu)化和改造方案。項(xiàng)目實(shí)施后，生產(chǎn)調(diào)整靈活、操作彈性大，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，廢氣排放、熟料產(chǎn)質(zhì)量、煤電消耗都得到了有效的改善，技改成效顯著，超低排放和節(jié)能降耗等各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到了預(yù)期。

在宏觀經(jīng)濟(jì)層面，國家的安全、環(huán)保、節(jié)能、減排等高壓態(tài)勢沒變，特別是在“雙碳”、“雙控”背景下，每生產(chǎn)一噸熟料累計(jì)生成0.863t CO2，水泥行業(yè)自然是全球碳減排重點(diǎn)控制行業(yè)。我國政府也對水泥生產(chǎn)實(shí)行以能耗定產(chǎn)量的1+N“碳達(dá)峰”、“碳中和”的新政策，諸多因素的疊加，導(dǎo)致了水泥行業(yè)真正的“寒冰時(shí)期”的到來，這是當(dāng)前中國水泥企業(yè)都面臨著的影響企業(yè)生存的大問題。面對碳達(dá)峰、碳中和這場硬仗和大考，亟須認(rèn)清大勢，順勢而為， 推動發(fā)展建立在氣候友好、資源節(jié)約、生態(tài)環(huán)保的基礎(chǔ)上，贏得未來發(fā)展主動權(quán)和長久競爭優(yōu)勢。為此推行水泥行業(yè)煙氣超低排放改造，減少碳排放，力爭環(huán)境空氣質(zhì)量和生產(chǎn)能耗達(dá)標(biāo)的技術(shù)改造勢在必行。

我公司在確定超低排放和節(jié)能降耗總目標(biāo)的基礎(chǔ)上，經(jīng)多次論證后確定技術(shù)改造路線和方案，使技改項(xiàng)目得以順利實(shí)施。

1 技改前的現(xiàn)狀

生產(chǎn)線的主機(jī)配置為：HFCG180-130生料輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)，單系列預(yù)熱預(yù)分解系統(tǒng)、Φ4.3m×62m回轉(zhuǎn)窯、LBF4000第四代篦冷機(jī)、HXCLM4300水泥立磨。生產(chǎn)線于2012年點(diǎn)火投產(chǎn)至今，生產(chǎn)運(yùn)行正常，但主要技術(shù)指標(biāo)與同行業(yè)先進(jìn)水平相比還有一定的差距。熟料生產(chǎn)線改造前的主要技術(shù)指標(biāo)見表1。

隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式的轉(zhuǎn)變，對生態(tài)環(huán)境和業(yè)態(tài)發(fā)展提出了新的要求，為水泥工業(yè)的發(fā)展既帶來良好機(jī)遇，又帶來了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，水泥行業(yè)的節(jié)能降耗和超低排放改造成為大勢所趨。這也是推進(jìn)水泥行業(yè)綠色高質(zhì)量發(fā)展、調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、淘汰落后產(chǎn)能的重要舉措，我國部分省市已早年率先推行了水泥行業(yè)煙氣超低排放改造工作，從而實(shí)現(xiàn)了污染物排放總量大幅削減，確保實(shí)現(xiàn)環(huán)境空氣質(zhì)量根本好轉(zhuǎn)的目標(biāo)。

我公司熟料生產(chǎn)線超低排放、節(jié)能降耗改造項(xiàng)目是在原有基礎(chǔ)上，抓住關(guān)鍵環(huán)節(jié)和節(jié)點(diǎn)的問題，通過采用先進(jìn)工藝和環(huán)保技術(shù)，采取技術(shù)組合拳方式分步實(shí)施技改項(xiàng)目，從而使整個(gè)熟料生產(chǎn)線穩(wěn)定高效運(yùn)行。

本次技改的目標(biāo)為：熟料產(chǎn)量提高480t/d以上，標(biāo)準(zhǔn)煤耗降低3.5kg/t，熟料綜合電耗下降3.9kWh/t，顆粒物、SO2、NOx排放濃度分別低于10mg/Nm3、50mg/Nm3和100mg/Nm3。

2 技改的內(nèi)容及技術(shù)理念

2.1 大溫差預(yù)熱預(yù)分解工藝技術(shù)

大溫差預(yù)熱預(yù)分解工藝技術(shù)最大的特點(diǎn)是在分解爐容積不變的情況下，進(jìn)行增產(chǎn)提質(zhì)和節(jié)能降耗改造。其核心關(guān)鍵技術(shù)是“增大了氣固換熱溫差”，強(qiáng)化了料氣換熱效率，實(shí)現(xiàn)入窯物料的快速換熱和充分分解，大幅度提高產(chǎn)、質(zhì)量，同時(shí)，保證了低質(zhì)煤（或無煙煤）在爐內(nèi)的充分燃燒，對高海拔和原燃材料的適應(yīng)性增強(qiáng)，熱穩(wěn)定性提高，操作彈性增大，對預(yù)熱分解系統(tǒng)的穩(wěn)定操作，提高熟料產(chǎn)、質(zhì)量、節(jié)能降耗效果顯著。主要改造方案為：

（1）窯尾煙室改造。原設(shè)計(jì)窯尾煙室縮口為Φ2.3m，將縮口改造為特殊結(jié)構(gòu)的方形，增加空氣炮噴嘴及捅料孔等，保證擴(kuò)容提產(chǎn)后的工藝要求和現(xiàn)場安全清理。

（2）分解爐改造。采用專有技術(shù)對分解爐進(jìn)行改造。改造后，分解爐總?cè)莘e（分解爐+鵝頸管=814+509=1323m3）不變，氣體停留時(shí)間由5.17s降低到4.78s，在產(chǎn)量提高到4100t/d以上的情況下，入窯生料分解率仍然保持改造前的91%，滿足生產(chǎn)要求。

（3）C2、C3大溫差系統(tǒng)改造。對C2、C3旋風(fēng)筒系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造。其核心是通過增大料氣換熱溫差，提高生料換熱效率和分解速率。

（4）分解爐高效低氮燃燒系統(tǒng)改造。針對原煤的燃燒特性，將入爐的風(fēng)、煤、料多點(diǎn)分布，在分解爐錐部建立還原區(qū)，還原來自窯頭及主燃區(qū)內(nèi)產(chǎn)生的氮氧化物，在中部建立再燃區(qū)，保證爐內(nèi)全斷面均勻分布和燃燒，提升燃燒速度及燃盡率。因此，在實(shí)現(xiàn)煤粉充分燃燒，提升窯爐溫度，提高生料分解率的同時(shí)，進(jìn)一步提高脫硝效率。

（5）旋風(fēng)筒降阻改造。鑒于改造前C1出口負(fù)壓已經(jīng)達(dá)到了6100 Pa以上，高溫風(fēng)機(jī)進(jìn)口負(fù)壓達(dá)到7800Pa，因此，對C1、C3～C5旋風(fēng)筒進(jìn)口及其連接風(fēng)管進(jìn)行改造，降低系統(tǒng)阻力。改造后，C1出口負(fù)壓在6100～6300Pa，高溫風(fēng)機(jī)進(jìn)口壓力在7800～8100Pa，基本保持在改造前的水平。

（6）翻板鎖風(fēng)閥更換。C1旋風(fēng)筒錐部增加高效分離器。更換C2～C5翻板鎖風(fēng)閥，提高鎖風(fēng)性能，減少系統(tǒng)漏風(fēng)。

（7）分解爐隔熱材料經(jīng)優(yōu)化改造，采用天津南極星隔熱材料有限公司的納米隔熱板，分解爐擴(kuò)容32 m3，并且分解爐胴體外部溫度平均75.3℃，外殼體表面溫度比原來下降約5℃，降低外殼體表面散熱損失。

采取上述改造措施后，預(yù)熱器系統(tǒng)控制參數(shù)見表2。

2.2 更換窯頭燃燒器及送煤管道

將窯頭燃燒器更換為大推力、大速差四通道煤粉燃燒器，該燃燒器主要設(shè)計(jì)理念是內(nèi)風(fēng)、外風(fēng)單獨(dú)風(fēng)機(jī)供風(fēng)，便于調(diào)節(jié)；提高推力，提高燒成熱力強(qiáng)度，直流風(fēng)壓力≥80kPa，旋流壓力≥45kPa；降低煤風(fēng)，從而降低一次風(fēng)比例。同時(shí)，將窯頭煤粉輸送管道更換為Φ168mm×8mm，煤粉輸送的實(shí)際速度為27m/s。見圖1。

2.3 石灰渣與熱生料內(nèi)循環(huán)脫硫

石灰石中SO3在0.25%～0.85%之間波動，含硫較高，搭配后石灰石硫含量仍高達(dá)0.37%，見表3。改造前窯尾廢氣中SO2排放在68～186mg/Nm3之間，必須采取針對性的有效措施。因此，本次技術(shù)改造采用了石灰渣+熱生料內(nèi)循環(huán)+氨水脫硫的三重技術(shù)措施：一是利用化工廠的廢料石灰渣代替部分石灰石配料的同時(shí)，起到脫硫劑（CaO+SO3→CaSO4）的作用，脫硫效率在40%以上；二是在預(yù)熱器上通過分料閥及管道采用熱生料內(nèi)循環(huán)工藝技術(shù)進(jìn)行降硫；三是在尾排風(fēng)機(jī)出口合適位置安裝氨水脫硫系統(tǒng)，把住脫硫的最后關(guān)口。改造后，SO2排放降低到50mg/Nm3以下。

2.4 蒸汽還原脫硝

在采用分解爐高效低氮燃燒系統(tǒng)還原來自窯頭產(chǎn)生的NOx的基礎(chǔ)上，將余熱發(fā)電的蒸汽引入分解爐燃燒器中產(chǎn)生水煤汽還原氣氛（見圖2），水煤氣是熾熱的碳與水蒸氣反應(yīng)生成的， 主要由CO和H2組成，在分解爐內(nèi)起到還原脫硝的效果。同時(shí)，將脫硝氨水噴射點(diǎn)調(diào)整到適宜的反應(yīng)溫度區(qū)段，實(shí)現(xiàn)了對預(yù)熱器脫硝系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)化和升級改造。蒸汽管道布置見圖2。

2.5 窯尾袋收塵器超低排放技術(shù)改造

窯尾大布袋收塵器升級改造方案是利用原有窯尾袋式收塵器的框架結(jié)構(gòu)，將收塵器本體加高，濾袋長度由6m增加到8m，改造后，收塵袋過濾面積增加約3376m2，總過濾風(fēng)速降低到0.75m/min，收塵器處理能力增加，阻力降低。見表4。同時(shí)，對窯頭收塵器也做了相應(yīng)的改造。

2.6 高效節(jié)能風(fēng)機(jī)應(yīng)用

窯系統(tǒng)綜合技改其煤、料、風(fēng)的平衡，其風(fēng)的匹配是關(guān)鍵。在實(shí)施了預(yù)熱器系統(tǒng)技術(shù)改造后，整個(gè)燒成系統(tǒng)達(dá)到滿負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行的情況下，通過對大型風(fēng)機(jī)風(fēng)量和風(fēng)壓等參數(shù)進(jìn)行熱工標(biāo)定，確定合理的工藝運(yùn)行參數(shù)，決定對高溫風(fēng)機(jī)和尾排風(fēng)機(jī)進(jìn)行節(jié)能改造。

在充分考慮某品牌型號新風(fēng)機(jī)穩(wěn)定性、高效性、耐磨處理，以及系統(tǒng)溫度變化、粉塵含量、工況變化等多種因素，經(jīng)過反復(fù)論證，選用WYGXGW高效節(jié)能高溫風(fēng)機(jī)和尾排風(fēng)機(jī)。經(jīng)運(yùn)行后對其性能，包括效率、匹配性、震動、噪音進(jìn)行全方位評估，改造后的高溫風(fēng)機(jī)效率＞83.8%、尾排風(fēng)機(jī)效率＞84.7%，在滿足提產(chǎn)需要同時(shí)，風(fēng)機(jī)節(jié)能效果非常顯著。

3 改造效果

3.1 環(huán)保超低排放改造效果

（1）通過實(shí)施大布袋收塵器升級技改后，窯頭窯尾袋收塵器處理能力大大提高，顆粒物排放穩(wěn)定在7.5mg/Nm³以下，實(shí)現(xiàn)煙氣含塵≤10mg/Nm³穩(wěn)定排放要求，粉塵濃度達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)限值以下。

（2）水泥生產(chǎn)線執(zhí)行超低排放標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)改造后，脫硫噸熟料氨水消耗量為1.45kg/t，比技改前的4.75kg/t降低3.3kg/t；脫硝噸熟料氨水消耗量4.14kg/t，比技改前的3.89kg/t僅僅增加0.25kg/t。

通過對袋收塵器、脫硫、脫硝超低排放技術(shù)改造方案的實(shí)施，實(shí)現(xiàn)了公司確定的顆粒物、SO2、NOx排放濃度分別低于10mg/Nm3、50mg/Nm3和100mg/Nm3的改造目標(biāo)，達(dá)到了超低排放的環(huán)保要求，順利通過了環(huán)保專家的評估驗(yàn)收。改造前后排放情況見表5。

3.2 節(jié)能降耗改造效果

改造前后熟料主要技術(shù)指標(biāo)見表6。

3.3 大風(fēng)機(jī)節(jié)能改造2020年1～12月實(shí)物煤耗136.51kg/t，比2019年同期的150.47kg/t下降13.96kg/t，降幅9.28%。比2017年同期的166.56kg/t下降30.05kg/t，降幅18.04%；平均標(biāo)準(zhǔn)煤耗108.57kg/t，比2019年同期的114.91kg/t下降8.08kg/t，降幅6.93%。熟料電耗由技改前的72.88kWh/t下降到技改后的58.27kWh/t，降幅19.43%；熟料產(chǎn)量技改前一般投料230t/h，技改后投料可達(dá)到265t/h，熟料日產(chǎn)量達(dá)到4100t/d，增產(chǎn)550 t/d，增幅15.16%。

尾排風(fēng)機(jī)技改效果很好，節(jié)電率達(dá)52.08%，風(fēng)機(jī)振動減小，很好地解決了尾排風(fēng)機(jī)長期振動大、能耗高的問題。高溫風(fēng)機(jī)電耗下降0.8kWh/t。

3.4 綜合效益

該項(xiàng)目自2019年實(shí)施綜合技改以來，累計(jì)節(jié)約電能3027萬kWh，節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤15419t，減少CO2排放量40398t，減少NOx排放量114t，企業(yè)環(huán)保稅下降了60.14%，節(jié)約了大量的資源和能源，為改善當(dāng)?shù)丨h(huán)境質(zhì)量做出了貢獻(xiàn)，經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會效益顯著。

4 結(jié)束語

水泥行業(yè)的節(jié)能減排是一個(gè)永恒的課題，從水泥行業(yè)自身來看，在顆粒物、二氧化硫、氮氧化物等減排方面還有進(jìn)一步改造的空間，超低排放目標(biāo)并非遙不可及，這預(yù)示著水泥行業(yè)推行超低排放將是大勢所趨，也是無可阻擋的。

科技創(chuàng)新與技術(shù)改造永無終點(diǎn)?！疤歼_(dá)峰”、“碳中和”已經(jīng)上升為國家綠色、安全發(fā)展的戰(zhàn)略，水泥企業(yè)為了今后的生存和發(fā)展，必須持續(xù)進(jìn)行超低排放技術(shù)改造，否則將會被淘汰出局。

所以，為了實(shí)現(xiàn)“雙碳”、“雙控”戰(zhàn)略，提高生產(chǎn)和能源效率，將會是水泥行業(yè)長期工作目標(biāo)，并為之持續(xù)推進(jìn)。

作者單位：四川宏云建材有限公司