技術 | 水泥窯氮氧化物超低排放改造
摘要：隨著環(huán)保形勢的變化對水泥工業(yè)大氣污染物排放要求越來越高,，尤其是對氮氧化物的排放提出更高要求，近年來多地明確要求推進重點企業(yè)開展超低排放改造,，在基準氧含量10%的條件下,，氮氧化物排放濃度不高于100 mg/m3。通過對現(xiàn)有SNCR系統(tǒng)進行多點位流量控制,，實現(xiàn)氮氧化物排放濃度穩(wěn)定控制在100 mg/m3以下,，且氨水單耗同比降低，氨逃逸不超標,。
為響應河北省藍天保衛(wèi)戰(zhàn)三年作戰(zhàn)計劃（2018~2020年）等相關要求,，河北省環(huán)保廳近日發(fā)布《水泥工業(yè)大氣污染物排放標準》征求意見稿，意見稿中指出,，2018年年底前,，在水泥熟料企業(yè)試點開展超低排放改造。完成超低排放改造后,，水泥窯廢氣在基準氧含量10%的條件下,，顆粒物、二氧化硫,、氮氧化物排放濃度要分別不高于10 mg/m3,、50 mg/m3、150 mg/m3,。2019年推進重點企業(yè)開展超低排放改造,，2020年完成。
1 生產(chǎn)情況
我公司2500 t/d新型干法水泥生產(chǎn)線,，采用五級單系列懸浮預熱器帶預燃爐系統(tǒng),，脫硝系統(tǒng)采用SNCR工藝，于2014年建成并投入運行,，脫硝系統(tǒng)噴槍安裝4支,，鵝頸管前段2支噴槍，鵝頸管后端2支噴槍,，兩層噴槍同時進行使用,，根據(jù)煙筒在線監(jiān)測數(shù)據(jù),，系統(tǒng)自動調(diào)整氨水用量。在生產(chǎn)過程中由于原材料,、系統(tǒng)壓力,、煤、設備故障等諸多因素影響,，預熱器溫度場反應溫度發(fā)生變化,，原系統(tǒng)未能根據(jù)預熱器系統(tǒng)溫度場的變化精確控制氨水噴入量，導致脫硝反應效率低,，氮氧化物難以控制或穩(wěn)定在排放標準,。在排放標準400 mg/Nm3時，可以滿足要求,，當排放標準降低到100 mg/Nm3以下,，出現(xiàn)氨水用量特別大，氨逃逸超標等問題,。
2 原因分析
我公司2 500 t/d新型干法水泥生產(chǎn)線控制氮氧化物排放在200 mg/Nm3左右時,，噸熟料氨水用量高達9 kg，同時氨逃逸高,，氨水沒有發(fā)揮正常脫硝作用,。經(jīng)對使用的噴槍進行分析，霧化試驗,，發(fā)現(xiàn)噴槍流氨水量大,，霧化效果差，噴頭容易結皮堵塞,。同時對預熱器系統(tǒng)進行熱工標定,，發(fā)現(xiàn)噴槍周邊溫度場不斷變化，氨水噴量未能根據(jù)溫度的變化而自動分配氨水用量,。
SNCR管道截面中的流場分布見圖1,。不同脫硝狀態(tài)的示意見圖2。
3 改造措施
本次改造采用噴槍多溫度場控制,，系統(tǒng)自行調(diào)整不同部位氨水噴入比例,，實現(xiàn)脫硝反應最佳溫度場和脫硝效率。
具體改造內(nèi)容：
（1）在鵝頸管后端下行管道及C5出口設置8支小流量噴槍,。
（2）加裝噴槍集成分配系統(tǒng),，實現(xiàn)氨水用量的精確控制。
（3）優(yōu)化升級中控計算機控制系統(tǒng),，從噴氨量僅根據(jù)排放數(shù)據(jù)改為根據(jù)分解爐出口溫度精確控制每層氨水噴量,。
（4）同時采用某斜噴式噴槍,，提高氨水霧化效果,。
改造后SNCR脫硝流程示意見圖3,。斜噴式噴槍結構見圖4。
噴槍采用雙流體噴嘴內(nèi)部混合,。噴槍內(nèi)部管與外部管相連接,，外部管通過卡套接頭與噴槍套管連接，噴射角度可以在運行期間進行改變,。噴槍沒有可移動部件,，只有外部管是可以活動的。在現(xiàn)場可以通過調(diào)節(jié)外部管以獲得不同的噴霧形式,。固定安裝的噴槍通過外纏不銹鋼的聚四氟乙烯軟管向爐內(nèi)噴射還原劑,。
4 改造效果
改造前后氨水單耗及排放數(shù)據(jù)見表1。
從表1可以看出,，改造后氮氧化物排放濃度較改造前降低41 mg/Nm3,，氨水單耗降低1.71 kg/t，每月節(jié)約氨水用量按120 t計算,，節(jié)約氨水采購費用120×650=78 000元,，年節(jié)約費用93.6萬元。
按照《河北省環(huán)境保護稅應稅大氣污染物和水污染物適用稅額方案》三檔標準4.8元/當量及《應稅污染物和當量值》大氣污染物氮氧化物污染當量值0.95 kg計,，氮氧化物排放濃度降低41 mg/m3時每日排放量減少41 mg/m3×24 h/d×420 000 m3/h =413 kg/d,，每月節(jié)約稅額4.8×30×413/0.95=6.3（萬元），年節(jié)約環(huán)保稅75.6萬元,。本次改造年節(jié)約費用共計169.2萬元,。
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