10000t_d水泥线的NO_x超低排放应用实践_朱永长.pdf

2023年第1期中图分类号：TQ172.6文献标志码：B文章编号：1007-0389（2023）01-43-02【DOI】10.13697/ki.32-1449/tu.2023.01.01310000t/d水泥线的NOx超低排放应用实践朱永长1，朱刚1，何剑波2，严晨1，吴加刚1，卢仁红1，周丽云2（1.中国中材国际工程股份有限公司，江苏 南京 211100；2.苏州中材建设有限公司，江苏 苏州 215300）摘要：通过优化设计自脱硝，抬高三次风风管，下移煤粉燃烧器，多层多点布置燃烧器，增大自脱硝还原区，提高自脱硝效率，实现NOx本底排放低于350 mg/m3。结合SNCR精准脱硝技术，多层多点布置喷枪，精确计量每组喷枪的氨水流量和压缩空气量，动态调节喷枪的雾化效果，控制烟囱NOx排放（标况下）低于50 mg/m3，吨熟料氨水用量仅有2.02.2 kg/t。关键字：自脱硝；SNCR；超低排放Ultra-low emissions of NOxat 10 000 t/d cement plantZhu Yongchang1,Zhu Gang1,He Jianbo2,Yan Chen1,Wu jiagang1,Lu Renhong1,Zhou Liyun2（1.Sinoma International Engineering Co.,Ltd.Nanjing，211100 China）Abstract:By optimizing the design of self-denitration,raising the tertiary air duct,moving down the pulverized coal burner,setting theburners at different layers and positions,increasing the reduction zone of self-denitrification,improving the efficiency of self-denitrification,the original concentration of NOxis less than 350mg/m3.Combined with SNCR denitration technology,the spray gun are set atdifferent layers and positions,the ammonia flow and compressed air volume of each spray gun are accurately measured,and the atomization effect of the spray gun is dynamically adjusted.The emission of NOxis controlled below 50 mg/m3at chimney（Under standardconditions）,and the consumption of ammonia per ton of clinker is only 2.02.2 kg/t.Key words:self-denitration；SNCR；ultra-low emissions1背景根据中国建材联合会“两个二代”示范线项目遴选会议，确定的“第二代新型干法水泥示范线”主要技术经济指标达标要求（2018年5月1日）：水泥窑NOx排放1000mg/m3（标况下，10%O2，下同），国家生态环境部办公厅 重污染天气重点行业应急减排措施制定技术指南（2020年修订版）明确的A级水泥熟料企业NOx排放绩效指标要求更为严格：NOx排放500mg/m3。目前，已有部分水泥企业的NOx排放稳定控制在1000mg/m3以下，少数水泥企业NOx排放甚至已达到500mg/m3以下，但受烧成系统工况波动的影响，不能长期稳定在500mg/m3以下。中材国际承建了上百条水泥熟料生产线，积累着丰富的设计经验，在前期的设计基础之上，通过不断创新，优化自脱硝技术和SNCR精准脱硝技术，并在某 10 000 t/d 水泥线上成功应用，控制窑尾烟囱NOx排放低于50mg/m3，吨熟料氨水（20%质量浓度，下同）用量仅有2.02.2 kg/t。2脱硝技术2.1自脱硝技术自脱硝技术（分级燃烧）分为燃料分级和空气分级两种，其原理都是利用煤的缺氧燃烧产生大量CO、H2、CH4等还原性气氛，将NOx还原成无污染的气体，这两种技术受烧成系统的工况，例如烟室氧含量、煤质情况、分解炉的尺寸规格等影响较大，另外脱硝效率低，总平均脱硝效率仅有20%50%。其优点是运行成本较低，与SNCR技术集成使用，可降低SNCR还原剂的用量，降低脱硝总运行成本。我公司从以下两点优化设计自脱硝系统。2.1.1三次风的优化通过前期自脱硝的研究发现，除了要产生一定量的还原性气体，如 CO、CH4等，还要有足够的空间，让还原性气体与NOx发生氧化还原反应，这就需要抬高三次风入分解炉的接口位置，延长反应时间，如图1所示。图1三次风管位置图常规设计是将三次风入分解炉的接口布置在分生产技术朱永长，等：10 000 t/d水泥线的NOx超低排放应用实践-432023年第1期解炉锥部的上端，通过优化三次风的入炉位置，抬高三次风到分解炉柱体，延长脱硝反应时间，才能保证自脱硝效率的提高。2.1.2煤粉输送系统的优化窑尾煤粉除了提供分解炉内物料分解所必须的热量外，还要生成一定量的自脱硝还原性气体。将窑尾煤粉燃烧器下移至分解炉锥部的最下方，该位置点远离三次风，煤粉先接触从回转窑内产生的烟气，该烟气的氧含量较低，煤粉在缺氧的状态下燃烧生成大量的还原性气体，在喂煤点和三次风之间的形成还原区，还原性气体与NOx发生氧化还原反应，降低NOx。根据原、燃料的情况，合理布置窑尾煤粉燃烧器的位置，避免因喂煤集中，导致某些特定区域的温度过高，从而发生结皮的危险。因此，通过分层布置窑尾煤粉燃烧器，合理分配锥部的喂煤量，控制还原区的温度，产生适量的还原性气体，如图2所示。煤粉燃烧器分上中下三层布置，煤粉先全部喂入最下层，根据生产线的运行情况和分解炉锥部温度，判断是否分流部分煤粉到中层或上层燃烧器。煤粉燃烧器煤粉燃烧器煤粉燃烧器图2窑尾煤粉燃烧器的布置2.2SNCR精准脱硝技术SNCR精准脱硝技术是在常规 SNCR脱硝技术的基础上，在分解炉和预热器的不同位置分层布置脱硝喷枪。依托专家系统，对烧成系统不同工况下温度分布的准确判断，利用脱硝控制阀组，实现不同温度浓度区间喷入氨水量的动态调节，使脱硝系统的效率最高，从而降低氨水用量。脱硝效率达到80%90%。在万吨线分解炉和预热器上，分层分点布置SNCR脱硝喷枪，如图3所示。在分解炉的处，各布置2根喷枪，在C6A和C6B出口处各布置2根喷枪，共计6组，12根喷枪。每组喷枪都是通过电动阀门和流量计，精确计量氨水流量和压缩空气量，动态调节喷枪的雾化效果。图3喷枪布置图3运行情况通过自脱硝和SNCR的优化设计，指导实际设计的工程项目。在某万吨线中，提高了三次风入分解炉的位置，将窑尾煤粉燃烧器分层布置，燃烧器和三次风之间有13.8m，气体停留时间1.7s，自脱硝反应有充足的时间。3.1自脱硝效果2021年11月12日，因烟囱的烟气分析仪损坏，SNCR系统停止运行，我公司组织人员测量自脱硝后分解炉出口的NOx数值，即NOx本底。（1）测量期间运行工况。喂料量812t/h，窑转速3.95 r/min，窑头喂煤量 22.8 t/h，窑尾喂煤量（20.5+20.5）t/h，二次风温1200，三次风温975，烟室温度1115，分解炉锥部温度880，分解炉出口温度880，C1A出口温度272，压力-4600Pa，C1B出口温度255，压力-4700Pa，高温风机频率37.8Hz和37.4Hz。（2）测量数据。SNCR系统停止运行时，分解炉出口烟气测量数据见表1。由表1可知，分解炉NOx本底的测量平均值是317mg/m3。表1分解炉出口烟气组分项目O2/%NOx/（10-6）CO/（10-6）分解炉出口第一次1.163060第二次1.1325150（下转第75页）生产技术朱永长，等：10 000 t/d水泥线的NOx超低排放应用实践-442023年第1期根据使用经验分解炉用炭黑的热量利用率在90%左右，热解炭黑大概每吨可以替代 1 t原煤使用，按照每天使用200 t热解炭黑计算，每日可减少消耗原煤2000t，煤磨粉磨电力消耗减少604000kWh，实物煤耗降低210kg/t，电耗降低0.60kWh/t。经济效益方面核算，按现在炭黑采购价 10100元/t，煤炭采购价 10500元/t，熟料日产 905000t计算，熟料制造成本下降8.42元/t，每日可节约制造费用约8.38万元。碳减排方面，对于烟煤，10kg标煤对应的CO2排放量为 2.762.770kg，每日减少消耗的原煤折标煤量为1660t，则每日减少化石型CO2排放量为4600t。能耗方面，根据GB016780规定，企业采用替代燃料时单位产品综合能耗、综合煤耗与综合电耗各等级限额值计算扣除替代燃料量，按替代燃料使用率为20%计算，熟料单位产品综合煤耗（标煤）达到82.00kg/t，熟料单位产品综合能耗（标煤）为88.50kg/t。3结语本文为分解炉直投使用替代燃料做了简单介绍，后期还会在使用更多不同种类替代燃料和运行工艺上做更多探索。水泥行业有使用替代燃料和处置废物的优势,不断提高燃料替代率对节能、减排和环保都有着重要的作用,也是我国发展循环经济和实现“双碳”目标的重要举措。（编辑：于欢）（收稿日期：2022-10-09）（3）中控数据。测量期间，通过中控DCS，可以观察C1A和C1B出口的NOx数值，曲线见图4。图4C1出口NOx趋势线C1 出口的 NOx平均值约 30310-6，O2平均值1.29%，则NOx国标值为345 mg/m3，与分解炉出口的实测值较吻合。3.2SNCR精准脱硝效果2021 年 8 月 22 日 18：00 到 23 日 8：00，喂料量800 t/h，控制窑尾烟囱 NOx的平均排放浓度低于500mg/m3，氨水用量1.01.2m3/h，折合每吨熟料为2.02.2kg/t，如图5所示，该指标领先于同行业同技术的生产运行指标。4结语（1）通过优化后的自脱硝技术，标况下烧成系氨水量/（m3 h-1）NOx/（mg m-3）喂料量/（t h-1）图5脱硝系统历史趋势线统产生的 NOx本底低于 350mg/m3，结合SNCR精准脱硝技术，控制窑尾烟囱NOx50mg/m3，实现水泥生产线NOx的超低排放，减少错峰停窑时间，增加营业收入。（2）NOx实现超低排放，但吨熟料氨水用量极低，仅有2.02.2 kg/t，大大节约生产运行成本。（编辑：于欢）（收稿日期：2022-08-09）（上接第44页）资源环保杨精伟：热解炭黑作为替代燃料在水泥生产中的应用-75