摘要：隨著《2019 年邢臺(tái)市工業(yè)污染深度治理攻堅(jiān)戰(zhàn)方案》的實(shí)施，環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的不斷嚴(yán)格，公司按照“五穩(wěn)保一穩(wěn)”的原則，采用“穩(wěn)定煅燒+分級(jí)燃燒+SNCR+系統(tǒng)密封治理+智能脫硝”的綜合技術(shù)路線，分步對(duì)整個(gè)工藝系統(tǒng)氮氧化物超低排放進(jìn)行了綜合改造。改造后，氮氧化物排放折算濃度平均值為39.9 mg/Nm3，并長期穩(wěn)定在50 mg/Nm3以內(nèi)，氨水用量1.5 m3/h，對(duì)熟料產(chǎn)質(zhì)量無負(fù)面影響，達(dá)到了技改的目的。

從2018年11月開始，我公司對(duì)臨城分公司和牛山分公司2條4 000 t/d熟料生產(chǎn)線分別進(jìn)行了氮氧化物超低排放綜合治理項(xiàng)目改造，改造后，氮氧化物排放折算濃度平均值為39.9 mg/Nm3，并長期穩(wěn)定在50 mg/Nm3以內(nèi)，滿足了《2019年邢臺(tái)市工業(yè)污染深度治理攻堅(jiān)戰(zhàn)方案》的要求，率先在邢臺(tái)地區(qū)實(shí)現(xiàn)了氮氧化物的超低排放。

1 第一階段改造

第一階段，我們按照“五穩(wěn)保一穩(wěn)”的原則，采用“穩(wěn)定煅燒+分級(jí)燃燒+SNCR+系統(tǒng)密封治理”的綜合技術(shù)路線，對(duì)整個(gè)工藝系統(tǒng)進(jìn)行了綜合治理。

1.1 改造措施

1.1.1 穩(wěn)定煅燒

采用DF-5701元素在線分析儀，實(shí)施了連續(xù)穩(wěn)定在線配料項(xiàng)目改造，采用先進(jìn)的司德伯秤、氣懸浮風(fēng)機(jī)、陶瓷內(nèi)筒、高效鎖風(fēng)裝置，經(jīng)過用風(fēng)、用煤、穩(wěn)料等“五穩(wěn)”項(xiàng)目的實(shí)施，確保了整個(gè)工藝系統(tǒng)的連續(xù)穩(wěn)定，并降低了氮氧化物的本底值，降低了系統(tǒng)的氧含量，降低了能源消耗，為分級(jí)燃燒降低氮氧化物排放，打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1.1.2 分級(jí)燃燒

分級(jí)燃燒采用蒸汽低氨燃燒脫硝技術(shù)。水泥窯蒸汽低氨燃燒脫硝技術(shù)是依據(jù)分解爐的具體情況，對(duì)系統(tǒng)的風(fēng)、料、煤、煙室縮口結(jié)構(gòu)，入分解爐管道位置和角度，C4撒料箱等相關(guān)設(shè)備進(jìn)行技術(shù)升級(jí)，通過煤粉在分解爐下錐體部位無焰貧氧燃燒產(chǎn)生CO、CH4、H2、HCN和固定碳等還原劑，將窯內(nèi)產(chǎn)生的NOx還原成無污染的N2排入大氣。同時(shí)配合系統(tǒng)硬件相關(guān)參數(shù)變更匹配和工藝操作調(diào)整達(dá)到系統(tǒng)再平衡，實(shí)現(xiàn)降低NOx總量，減少SNCR氨水使用量和高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)穩(wěn)定運(yùn)行的目的。

1）改造燃燒器

把4個(gè)貧氧燃燒器安裝在分解爐錐體底部膨脹節(jié)以上適當(dāng)位置，另外2個(gè)燃燒器安裝在三次風(fēng)管以上合適位置。煤粉經(jīng)分煤器、輸煤管道進(jìn)入改造后的4個(gè)貧氧燃燒器和另外2個(gè)燃燒器，噴入分解爐中。煤粉分級(jí)改造設(shè)計(jì)及現(xiàn)場圖見圖1。

2）改造C4下料管

C4下料管中的生料，通過分料閥進(jìn)入分解爐的錐體位置，可以達(dá)到調(diào)節(jié)分解爐錐體溫度，防止高溫結(jié)皮現(xiàn)象的產(chǎn)生。同時(shí)使部分物料進(jìn)入改造的低氧還原區(qū)，利用生料中氧化鈣等金屬氧化物對(duì)煤焦及煤粉的催化作用，還原窯爐內(nèi)生成的NOx。根據(jù)原系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，我們對(duì)原C4下料管下料的位置進(jìn)行改造，具體方案為：

在原分解爐C4兩個(gè)下料管中，來料分成兩部分，一部分料進(jìn)入上面的C4下料管。一部分料進(jìn)入下面的C4下料管。

把上面的C4撒料盒及分料閥以下的下料管拆除掉，根據(jù)設(shè)計(jì)把撒料盒重新開孔提高安裝，重新布置下料管的位置。

把下面C4下料管的撒料盒根據(jù)設(shè)計(jì)抬高到合適位置，并安裝新的可調(diào)式撒料盒及下料管，把分料管的鎖風(fēng)閥更換成新的微動(dòng)鎖風(fēng)閥。將分出的部分生料經(jīng)新改造的下料管、微動(dòng)鎖風(fēng)閥、可調(diào)式撒料盒喂入分解爐錐體下部的燃燒器和蒸汽噴槍位置的上方合適位置。制作分料閥及鎖風(fēng)閥的操作平臺(tái)護(hù)欄及爬梯，外表面做除銹刷漆處理。

C4下料管改造設(shè)計(jì)與現(xiàn)場圖見圖2。

3）三次風(fēng)管改造

為了使低氧還原區(qū)具有充足的反應(yīng)空間，我們將分解爐三次風(fēng)管進(jìn)行上移改造。根據(jù)窯型設(shè)計(jì)，在分解爐原三次風(fēng)管進(jìn)口上部直筒合適位置重新開孔，把進(jìn)入分解爐的三次風(fēng)管上移，使其均勻抬高至合適的高度，三次風(fēng)管與分解爐上新開的開口對(duì)接。再把原分解爐上三次風(fēng)進(jìn)口封閉，使其形成新的三次風(fēng)通道，三次風(fēng)管制作新的平臺(tái)及護(hù)欄。分解爐三次風(fēng)管進(jìn)入分解爐處進(jìn)行優(yōu)化處理。三次風(fēng)管上移改造設(shè)計(jì)及現(xiàn)場圖見圖3。

1.1.3 主輸煤管道技改

根據(jù)工藝需求將原窯尾輸煤主煤管由Φ325 mm變?yōu)?Phi;273 mm×8.0 mm無縫鋼管，長度約120 m。

1.1.4 SNCR噴槍系統(tǒng)技改

為了確定兩條生產(chǎn)線的氨水最佳噴入點(diǎn)位置，我們進(jìn)行了大量的摸索調(diào)整，從分解爐出口、C5出口、分解爐噴槍多層布置、C5錐部等部位，不斷試驗(yàn)，尋求氮氧化物排放本底值最低、氨水用量最少、SNCR脫硝效率最佳的噴氨點(diǎn)位組合方式。最終確定了兩條生產(chǎn)線均在C5上升煙道上共安裝6支脫硝噴槍，氨水及霧化所需要的壓縮空氣都從原脫硝系統(tǒng)控制柜內(nèi)引出，控制系統(tǒng)保持不變。

1.1.5 系統(tǒng)密封治理

立磨喂料系統(tǒng)原使用的為回轉(zhuǎn)下料器，漏風(fēng)量大，窯尾排放氧含量高，會(huì)導(dǎo)致氮氧化物折算值升高，影響氮氧化物超低排放實(shí)施效果。因此我們對(duì)其轉(zhuǎn)子秤進(jìn)行了改造，控制喂料器運(yùn)轉(zhuǎn)速度，將料位穩(wěn)定在設(shè)定的范圍之內(nèi)，最大程度地減少了系統(tǒng)漏風(fēng)。改造后，窯尾煙囪氧含量檢測值穩(wěn)定在6.0%，達(dá)到了最優(yōu)狀態(tài)。

1.2 改造效果

經(jīng)過第一階段的改造，氮氧化物排放折算濃度平均值為43.1 mg/Nm3，氨水用量約1.05 m3/h，并能保持穩(wěn)定，對(duì)熟料產(chǎn)質(zhì)量均沒有負(fù)面影響。改造前后對(duì)比見表1。

2 第二階段改造

2.1 確定改造方案

經(jīng)過第一階段的綜合治理，顆粒物、二氧化硫、氮氧化物的排放指標(biāo)初步達(dá)到邢臺(tái)市要求的超低排放目標(biāo)值（顆粒物低于10 mg/Nm3、SO2低于50 mg/Nm3、NOx低于50 mg/Nm3）。隨后邢臺(tái)市大氣污染防治領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室又進(jìn)一步強(qiáng)化了重點(diǎn)大氣污染企業(yè)的總量控制，為適應(yīng)邢臺(tái)市日益嚴(yán)峻的環(huán)保政策及目前國內(nèi)最嚴(yán)格的環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)，需進(jìn)一步降控NOx。經(jīng)綜合對(duì)比分級(jí)燃燒+低溫SCR技術(shù)、復(fù)合催化劑HECDC-II技術(shù)的各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)在現(xiàn)有分級(jí)燃燒基礎(chǔ)上，配合高效智能SNCR脫硝系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)超低排放是當(dāng)前相對(duì)性價(jià)比最優(yōu)的技術(shù)路線，且該項(xiàng)目建設(shè)周期短、解決問題快，能盡快實(shí)現(xiàn)正常生產(chǎn)。

2.2 高效智能脫硝改造措施

2.2.1 噴槍分層布置

高效智能脫硝系統(tǒng)噴槍分層布置，根據(jù)實(shí)時(shí)特定工況下每層噴槍的脫硝效率差異調(diào)整每組噴槍的氨水流量和壓縮空氣壓力，以實(shí)現(xiàn)高效脫硝。在煙氣流向通道上預(yù)開多個(gè)噴槍安裝孔，在調(diào)試時(shí)測試每個(gè)孔的相對(duì)脫硝效率，在這些預(yù)開孔中篩選出脫硝效率最高的孔做為噴槍的安裝位置。見圖4。

2.2.2 集成控制單元

我們將可靠性高、精度高的測量儀器和控制閥門都集成為一個(gè)整體，便于現(xiàn)場安裝和維護(hù)。

2.2.3 在線氨氣檢測分析儀

為實(shí)現(xiàn)氨逃逸的控制，需要精確采集預(yù)熱器一級(jí)出口的氨逃逸數(shù)據(jù)，為此我們還專門配置了精準(zhǔn)的氨逃逸監(jiān)測儀。

2.2.4 智能系統(tǒng)軟件

高效智能SNCR系統(tǒng)通過與裝配PLC和現(xiàn)有DCS系統(tǒng)建立通訊連接，采用智能軟件學(xué)習(xí)全部數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方法來分析燒成系統(tǒng)，模擬特定工藝條件對(duì)現(xiàn)有SNCR噴槍效率的影響，幫助選擇合適的噴嘴和安裝位置，使氨水在NOx含量高的區(qū)域充分反應(yīng)，避免不必要的氨逃逸（高效利用氨水）。軟件核心技術(shù)，模型適應(yīng)性和優(yōu)先級(jí)選擇、氮氧化物排放預(yù)測功能、便捷人機(jī)操作系統(tǒng)見圖5~圖7。

氨水在爐內(nèi)可能產(chǎn)生的反應(yīng)式如下，這17個(gè)反應(yīng)式會(huì)伴隨著脫硝的過程同時(shí)存在：
4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O（1）

6NO+4NH3→5N2+6H2O（2）

6NO2+8NH3→7N2+12H2O（3）

2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O（4）

4NH3+3O2→2N2+6H2O（5）

4NH3+5O2→4NO+6H2O（6）

4NH3+7O2→4NO2+6H2O（7）

2NH3+2O2→N2O+3H2O（8）

2NH3+8NO→5N2O+3H2O（9）

4NO+4NH3+3O2→4N2O+6H2O（10）

12NO2+16NH3+7O2→14N2O+24H2O（11）

2SO2+O2→2SO3（12）

NH3+SO3+H2O→NH4HSO4（13）

2NH3+SO3+H2O→（NH4）2SO4（14）

2NH4HSO4→（NH4）2SO4+H2SO4（15）

NH4HSO4+NH3→（NH4）2SO4（16）

NH3+HCl→NH4Cl（17）

在追求氨水利用率高的時(shí)候，系統(tǒng)會(huì)選擇反應(yīng)式（1）~（4）為主要反應(yīng)的區(qū)域進(jìn)行脫硝反應(yīng)，此時(shí)氨水用量最小。當(dāng)氨水用量少到極致，氨逃逸仍然無法控制時(shí)，系統(tǒng)會(huì)智能調(diào)整氨水的噴射方案，以增加在氨逃逸少的區(qū)域噴射的氨水比例，此時(shí)，反應(yīng)式（5）~（17）所占的比例也會(huì)增加，氨水的脫硝利用率不是最高，但氨逃逸極少。與改造前相比雖然氨水用量有所增加，但減少了氨逃逸，對(duì)下一步有效控制氨逃逸打下了良好的基礎(chǔ)。

3 效果

表2是使用高效智能SNCR脫硝系統(tǒng)后調(diào)試期間的運(yùn)行數(shù)據(jù)。表3是使用高效智能SNCR脫硝系統(tǒng)后從河北省污染源自動(dòng)監(jiān)控平臺(tái)導(dǎo)出的窯尾排放數(shù)據(jù)。

從表2、表3可以看出：

（1）采用“穩(wěn)定煅燒+分級(jí)燃燒+SNCR+系統(tǒng)密封治理+智能脫硝”的綜合技術(shù)路線，完全可以滿足目前嚴(yán)格的環(huán)保排放要求，對(duì)現(xiàn)有新型干法熟料線進(jìn)行超低排放綜合治理實(shí)現(xiàn)NOx的超低排放具有示范意義。

（2）項(xiàng)目具有較高的可靠性。

（3）在項(xiàng)目投資費(fèi)用、運(yùn)行成本費(fèi)用方面，對(duì)比國內(nèi)其他的脫硝技術(shù)路線，具有較好的經(jīng)濟(jì)性。

（4）推廣“穩(wěn)定煅燒+分級(jí)燃燒+SNCR+系統(tǒng)密封治理+智能脫硝”的綜合技術(shù)路線，對(duì)促進(jìn)生態(tài)環(huán)境好轉(zhuǎn)，推進(jìn)當(dāng)?shù)匚廴疚餃p排，保障職工及周邊群眾健康具有重要意義。

作者單位：邢臺(tái)金隅冀東水泥有限公司

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