4000t d生产线氮氧化物超低排放改造实例探讨.docx

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1、随着工业污染深度治理攻坚战方案的实施，环保标准的不断严格，公司按照“五稳保一稳”的原则，采用“稳定煨烧+分级燃烧+SNCR+系统密封治理+智能脱硝”的综合技术路线，分步对整个工艺系统氮氧化物超低排放进行了综合改造。改造后，氮氧化物排放折算浓度平均值为39.9mgNm3,并长期稳定在50mgNm3以内，氨水用量1.5m3h,对熟料产质量无负面影响，达到了技改的目的。从年11月开始，公司对分公司和分公司2条4000t/d熟料生产线分别进行了氮氧化物超低排放综合治理项目改造，改造后，氮氧化物排放折算浓度平均值为39.9mgNm3,并长期稳定在50mgNm3以内，满足了工业污染深度治理攻坚战方案的要求

2、，率先在地区实现了氮氧化物的超低排放。1第一阶段改造第一阶段，我们按照“五稳保一稳”的原则，采用“稳定煨烧+分级燃烧+SNCR+系统密封治理”的综合技术路线，对整个工艺系统进行了综合治理。1.1 改造措施1.1.1 稳定煨烧采用DF-5701元素在线分析仪，实施了连续稳定在线配料项目改造，采用先进的司德伯秤、气悬浮风机、陶瓷内筒、高效锁风装置，经过用风、用煤、稳料等“五稳”项目的实施，确保了整个工艺系统的连续稳定，并降低了氮氧化物的本底值，降低了系统的氧含量，降低了能源消耗，为分级燃烧降低氮氧化物排放,打下了坚实的基础。1.1.2 分级燃烧分级燃烧采用蒸汽低氨燃烧脱硝技术。水泥窑蒸汽低氨燃烧脱

3、硝技术是依据分解炉的具体情况，对系统的风、料、煤、烟室缩口结构，入分解炉管道位置和角度，C4撒料箱等相关设备进行技术升级，通过煤粉在分解炉下锥体部位无焰贫氧燃烧产生CO、CH4、H2、HCN和固定碳等还原剂，将窑内产生的NoX还原成无污染的N2排入大气。同时配合系统硬件相关参数变更匹配和工艺操作调整达到系统再平衡，实现降低NOX总量，减少SNCR氨水使用量和高产优质稳定运行的目的。1）改造燃烧器把4个贫氧燃烧器安装在分解炉锥体底部膨胀节以上适当位置，另外2个燃烧器安装在三次风管以上合适位置。煤粉经分煤器、输煤管道进入改造后的4个贫氧燃烧器和另外2个燃烧器，喷入分解炉中。煤粉分级改造设计及现场图

4、见图K设计图现场图图1煤粉分级燃烧改造设计与现场图2）改造C4下料管C4下料管中的生料，通过分料阀进入分解炉的锥体位置，可以达到调节分解炉锥体温度，防止高温结皮现象的产生。同时使部分物料进入改造的低氧还原区，利用生料中氧化钙等金属氧化物对煤焦及煤粉的催化作用，还原窑炉内生成的NOX。根据原系统的运行状况，我们对原C4下料管下料的位置进行改造，具体方案为：在原分解炉C4两个下料管中，来料分成两部分，一部分料进入上面的C4下料管。一部分料进入下面的C4下料管。把上面的C4撒料盒及分料阀以下的下料管拆除掉，根据设计把撒料盒重新开孔提高安装，重新布置下料管的位置。把下面C4下料管的撒料盒根据设计抬高到

5、合适位置，并安装新的可调式撒料盒及下料管，把分料管的锁风阀更换成新的微动锁风阀。将分出的部分生料经新改造的下料管、微动锁风阀、可调式撒料盒喂入分解炉锥体下部的燃烧器和蒸汽喷枪位置的上方合适位置。制作分料阀及锁风阀的操作平台护栏及爬梯，外表面做除锈刷漆处理。C4下料管改造设计与现场图见图2o图2C4下料管改造设计与现场图3）三次风管改造为了使低氧还原区具有充足的反应空间，我们将分解炉三次风管进行上移改造。根据窑型设计，在分解炉原三次风管进口上部直筒合适位置重新开孔，把进入分解炉的三次风管上移，使其均匀抬高至合适的高度，三次风管与分解炉上新开的开口对接。再把原分解炉上三次风进口封闭，使其形成新的三

6、次风通道，三次风管制作新的平台及护栏。分解炉三次风管进入分解炉处进行优化处理。三次风管上移改造设计及现场图见图3。设计图现场图图3三次风管上移改造设计及现场图1.1.3 主输煤管道技改根据工艺需求将原窑尾输煤主煤管由325mm变为273mm8.0mm无缝钢管，长度约120m。1.1.4 SNCR喷枪系统技改为了确定两条生产线的氨水最佳喷入点位置，我们进行了大量的摸索调整，从分解炉出口、C5出口、分解炉喷枪多层布置、C5锥部等部位，不断试验，寻求氮氧化物排放本底值最低、氨水用量最少、SNCR脱硝效率最佳的喷氨点位组合方式。最终确定了两条生产线均在C5上升烟道上共安装6支脱硝喷枪，氨水及雾化所需要

7、的压缩空气都从原脱硝系统控制柜内引出，控制系统保持不变。1.1.5 系统密封治理立磨喂料系统原使用的为回转下料器，漏风量大，窑尾排放氧含量高，会导致氮氧化物折算值升高，影响氮氧化物超低排放实施效果。因此我们对其转子秤进行了改造，控制喂料器运转速度，将料位稳定在设定的范围之内，最大程度地减少了系统漏风。改造后，窑尾烟囱氧含量检测值稳定在6.0%,达到了最优状态。1.2 改造效果经过第一阶段的改造，氮氧化物排放折算浓度平均值为43.1mgNm3,氨水用量约1.05m3h,并能保持稳定，对熟料产质量均没有负面影响。改造前后对比见表Io表1第一阶段改造前后对比项目NOX排放均值/(mgNm3)氨水平均

8、用ft(m3h)f-CaO/%熟料28d抗压强度/MPa改造前98.72.01.1860.2改造后43.11.051.1960.52第二阶段改造2.1 确定改造方案经过第一阶段的综合治理，颗粒物、二氧化硫、氮氧化物的排放指标初步达到市要求的超低排放目标值(颗粒物低于10mg/Nm3、S02低于50mgNm3NOx低于50mgNm3)0随后市大气污染防治领导小组办公室又进一步强化了重点大气污染企业的总量控制，为适应市日益严峻的环保政策及目前国内最严格的环保排放标准，需进一步降控NOxo经综合对比分级燃烧+低温SCR技术、复合催化剂HECDC-H技术的各项经济技术指标，发现在现有分级燃烧基础上，配

9、合高效智能SNCR脱硝系统实现超低排放是当前相对性价比最优的技术路线，且该项目建设周期短、解决问题快，能尽快实现正常生产。2.2 高效智能脱硝改造措施2.2.1 喷枪分层布置高效智能脱硝系统喷枪分层布置，根据实时特定工况下每层喷枪的脱硝效率差异调整每组喷枪的氨水流量和压缩空气压力，以实现高效脱硝。在烟气流向通道上预开多个喷枪安装孔，在调试时测试每个孔的相对脱硝效率，在这些预开孔中筛选出脱硝效率最高的孔做为喷枪的安装位置。见图41j图4喷枪位置示意2.2.2 集成控制单元我们将可靠性高、精度高的测量仪器和控制阀门都集成为一个整体，便于现场安装和维护。2.2.3 在线氨气检测分析仪为实现氨逃逸的控

10、制，需要精确采集预热器一级出口的氨逃逸数据，为此我们还专门配置了精准的氨逃逸监测仪。2.2.4 智能系统软件高效智能SNCR系统通过与装配PLC和现有DCS系统建立通讯连接，采用智能软件学习全部数据驱动的方法来分析烧成系统，模拟特定工艺条件对现有SNCR喷枪效率的影响，帮助选择合适的喷嘴和安装位置，使氨水在NOX含量高的区域充分反应，避免不必要的氨逃逸（高效利用氨水）。软件核心技术，模型适应性和优先级选择、氮氧化物排放预测功能、便捷人机操作系统见图5图7o图5模型优先级选择图6氮氧化物预测系统图7便捷操作界面氨水在炉内可能产生的反应式如下，这17个反应式会伴随着脱硝的过程同时存在：4NO+4N

11、H3+O24N2+6H2O(1)6NO+4NH35N2+6H2O(2)6NO2+8NH37N2+12H2O(3)2NO2+4NH3+O23N2+6H2O(4)4NH3+3O22N2+6H2O(5)4NH3+5O24NO+6H2O(6)4NH3+7O24NO2+6H2O(7)2NH3+2O2N2O+3H2O(8)2NH3+8NO5N2O+3H2O(9)4NO+4NH3+3O24N2O+6H2O(10)12NO2+16NH3+7O214N2O+24H2O(11)2SO2+O22SO3(12)NH3+SO3+H2ONH4HSO4(13)2NH3+SO3+H2O(NH4)2SO4(14)2NH4HSO

12、4(NH4)2SO4+H2SO4(15)NH4HSO4+NH3(NH4)2SO4(16)NH3+HC1NH4C1(17)在追求氨水利用率高的时候，系统会选择反应式(1)(4)为主要反应的区域进行脱硝反应，此时氨水用量最小。当氨水用量少到极致，氨逃逸仍然无法控制时，系统会智能调整氨水的喷射方案，以增加在氨逃逸少的区域喷射的氨水比例，此时，反应式(5)(17)所占的比例也会增加，氨水的脱硝利用率不是最高，但氨逃逸极少。与改造前相比虽然氨水用量有所增加，但减少了氨逃逸，对下一步有效控制氨逃逸打下了良好的基础。3效果表2是使用高效智能SNCR脱硝系统后调试期间的运行数据。表3是使用高效智能SNCR脱硝

13、系统后从河北省污染源自动监控平台导出的窑尾排放数据。表2使用高效智能SNCR脱硝系统后调试期间的运行数据时间台时产量/(Vh)氨水时耗/(m3h)NOx实测浓度/(mgm3)折算浓度/(mgNm3)投入前241.981.0660.1844.88投入后调试期间239.511.5047.7839.90*3河北*污染源自动监控平台导出的窑尾排放数据监测时间废气排放Rm,扬尘排放%SO2棒放RNO.Qj含量n放量心实测浓度/(tngml)折算浓度/(tng/Nm1)排放H血2O2(MM-O81133941012.6022.4453.9744.18611.977.60647.012020-03-2811

14、72039610.6474.8148.123999563.997.80649.442020-03-24Il57699310.9687.6846.8037.88541.857.40640.49从表2、表3可以看出：(1)采用“稳定燃烧+分级燃烧+SNCR+系统密封治理+智能脱硝”的综合技术路线，完全可以满足目前严格的环保排放要求，对现有新型干法熟料线进行超低排放综合治理实现NOx的超低排放具有示范意义。(2)项目具有较高的可靠性。(3)在项目投资费用、运行成本费用方面，对比国内其他的脱硝技术路线,具有较好的经济性。(4)推广“稳定煨烧+分级燃烧+SNCR+系统密封治理+智能脱硝”的综合技术路线，

15、对促进生态环境好转，推进当地污染物减排，保障职工及周边群众健康具有重要意义O附参重资料：水泥窑氮氧化物超低排放的技术改造某公司有两条水泥熟料生产线，一线设计产能为2500td熟料、年产水泥80万吨水泥，二线设计产能为4000td熟料，两条生产线均配备有纯低温余热发电系统。其中，二线自年8月起，开展了水泥窑氮氧化物超低排放改造试验，于年2月完成改造，2019年8月验收通过。稳定的系统工况对氮氧化物排放浓度的控制至关重要。改造前，二线氮氧化物排放浓度100mgNm3(以No2计，指烟气中O2含量10%状态下的排放浓度及单位产品排放量，下文同)。经采取全系统智能化控制及精细化管理措施后，氮氧化物排放

16、浓度达到50mgNm3的改造目标。1改造方案1.1 源头控制，减少NOX的产生水泥熟料的煨烧过程中会产生大量的NO和NO?，其中，No约占90%以上，No2仅占5%10%按生成方式，NOx可分为原料型、燃料型、快速型和热力型，其中，热力型NOX是主要来源。针对如何减少热力型NoX的问题，分析形成如下解决方案：(1)加强管理。结合原、燃料情况，进行详细的化学和物理分析，严格各工序的质量管理，优化窑系统的操作参数，使窑系统长期处于稳定优化状态，减少能源消耗，从而减少NOX的产生。(2)加强工艺操作，控制烧成温度，热力型NOX的形成主要跟烧成温度有关。实验表明，温度从1550起到1900,特别在17

17、50C后，NOX的产生量几乎是直线上升。因此，若要控制NOx的产生量，就必须将烧成温度尽量控制在1750以下，同时又要保证熟料的烧成质量。(3)使用低氮燃烧器。采用大推力、低风量、混合好、火焰细而不长的燃烧器，通过“低氧、低氮、控高温”的方式，减少NOx的生成。通过重新设计燃烧端部间隙及风道截面积，降低入窑一次风量，提高风速，提高煤粉完全燃烧率，降低系统煤耗，以减少NOX的产生。1.2 末端治理，将NoX还原为无污染的N?(1)采用分级燃烧技术，建立还原区，通过CO将NOX还原为N2,同时利用三次风，将CO转化为CO2o公司分别于2013年及2017年将分解炉煤管由分解炉锥体下方移至烟室缩口上

18、方，取得了不错效果。2019年，继续将分解炉用煤引一路至窑尾烟室，氨水用量下降0.20m3h左右(需注意烟室煤量的比例，煤量过多会引起窑况变差，一般不宜超过窑尾总用煤量的50%)；将三次风管入分解炉位置抬高(约提高l6m),增大了分解炉锥体还原区。改造位置见图1,历次改造效果见表Io图1改造位置表1历次改造效果控制浓澳.mNm以NoJ计.JW气中6 *1410%状毒）645-65720020050时间改j内容改造前2013-12分嫌然烧低氟燃燃器+S、CH2017-06分州炉眄根喷煤IT下移900Inm2OIM)2*mi)O路电也能.搜岛：次风管和.ttFWft(2)采用SNCR技术，通过脱硝

19、剂，如氨水等，在一定的条件下，与NoX反应生成N?oSNCR烟气脱硝技术的关键在于氨水喷入点位置的选择和氨水雾化的效果，合理的喷入点及良好的雾化效果，不仅可以保证氨水充分与烟气中的NoX发生还原反应，还可以在保证脱硝效果的同时，使还原剂(氨水)的消耗量和氨逃逸更低。1.3 全系统智能化过程控制(1)使用生料配料智能控制。采用在线y分析仪配料，Imin检测一个样品，极大地稳定了入窑率值，为稳定窑系统煨烧制度提供了基础，利于NOX的稳定制O(2)使用烧成智能专家控制系统。采用五个模块分别对高温风机、窑头喂煤秤、窑尾喂煤秤、篦冷机、窑头排风机进行智能控制，不断优化控制过程中的关键参数，形成合理的煨烧

20、制度，降低窑内NOX的产生总量，从源头进行控制。(3)使用脱硝智能专家控制系统。采用智能专家模块控制氨水喷入量，实现精准、高效、稳定的氨水控制趋势，如图2所示。绿色曲线是氮氧化物瞬时值，红色曲线是连续小时平均值。从图2可见,手动控制连续小时平均值波动比较大,自动控制波动较小，同时，氨水用量较以前有所下降。图2脱硝智能专家控制系统使用前后对比1.4 全系统精细化操作控制(1)加强原料及配料控制。结合自身原、燃料情况，加强质量控制，保证原燃料成分合格，严控有害成分含量。根据自身工艺条件，选择合理的配料方案，保证生料率值在合理的范围内，有利于熟料煨烧及合理控制NOx生成量。(2)加强煤粉灰分、挥发分

21、的控制。根据实际生产经验，高灰分和低挥发分对分级燃烧效率有很大的影响。通过不断实践，公司二线入窑煤粉控制范围为：灰分16%19%,挥发分27%32%,分级燃烧效率达到最优。(3)加强中控室精细化操作控制。依托于一级气体分析、窑尾气体分析仪及智能专家自动控制系统，通过精细化操作，控制窑内煨烧气氛，减少热力型NOX产生。稳定二次风温(IlOo以上)、三次风温(950以上)，降低系统煤耗，保证煤粉快速有效燃烧。控制窑尾烟室氧含量在2.0%2.5%,控制Cl出口氧含量3%,合理调配窑炉配风，减少系统整体用风。2改造效果通过半年时间的运行，公司二线氮氧化物脱硝项目运行稳定，氮氧化物排放浓度50mgm3,

22、氨逃逸P22920172号生产畿嘉尾度二化破折算侬度.mn198ISISjVf(OO%)2019年7月18日棒放速率,k8.693.778.296.92寞测侬度,mP37393637量工化物折算浓度.31M3232律放速率,k14.616314.913.3宝浏旅度,2525397496473一氧化碳折算侬度.2444347440410排放速率.207166205193实测浓度.94.024.73431435氨折算快度.mn)3.404.133.823.78排放速率.k1391.91.791.79大PK.H993399.3399JO/推气阻度,七98.499.199.6I387277410129

23、402604/含叙量.%959.79.4/实施浓度17333.13.0赖粒物折算浓度.mgmi23.22.929掉放速率.kIXtf1.35IJS122实测浓度.n3222624242号生产线窑尾废二氯化破折算侬度.mn21252323*t*H(oo%)博政速率,k8.5210.709.66W2019年7月19H实浦浓度.mdoP31323533国就化物折算浓度,m*30313331排放速率,412.013.114.113.1实测侬度.rnn548SOl576M2一一化”折算侬度.mn524488546519揖放速率,k212205232216案测处度.2*3.493.694.063.75折*浓度,V3.343.593.85359排放速率,kdhIJSIJI1.64ISO3结语在普遍认为采用SNCR脱硝技术难以满足氮氧化物排放浓度50mgm3的要求时，公司以“低氮燃烧器+分级燃烧+SNCR”为依托，通过智能化控制和精细化管理，从源头减少了氮氧化物产生量，提高了脱硝效率，实现了节能降耗、减排增效。