水泥窑尾脱硝改造措施的应用.docx

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1、水泥窑尾脱硝改造措施的应用目录前言11.SNCR原理与原有系统问题分析22 .技改思路33 .降硝氮措施33.1. 窑尾燃烧器改造33. 2.三次风管改造43. 3.四级下料管改造43.4.窑头燃烧器改造53. 5.优化脱硝氨水喷枪的位置，提高脱硝效率53. 6.选用新型双流体脱硝专用喷枪63. 7.增加分级燃烧，降低氮氧化物NOx63. 8.增加自动调节喷氨系统74 .实施后的经济和社会效益75 .结语8刖百某公司2500t/d新型干法熟料水泥生产线，采用带分解炉的单系列五级旋风预热器，分解炉采用柱体加鹅颈管形式，窑头采用郑州奥通的高动压低流量的低氮燃烧器。公司水泥窑脱硝治理项目于2014年

2、6月完成施工，并通过当地环保部门的验收。该工程采用国内外最先进的选择性非催化还原(SNCR)烟气脱硝技术，主要使用20%左右浓度的氨水与烟气中的氮氧化物混合来降低氮氧化物。随着水泥窑燃烧火力不断增强，产生的NOx增多，窑尾降低NOx措施中未设计窑尾分级燃烧技术，吨熟料氨水消耗2.3kg/t以上，2020年初通过公司管理人员结合公司实际工况对脱硝系统进行了优化改造，吨熟料氨水降低1.1kg,节氨效果较好。1. SNCR原理与原有系统问题分析水泥企业NOx的治理方法主要是根据燃烧过程的特点来设计的，所以N0x的控制技术可分为三大类分别为：燃烧前、燃烧中、燃烧后的控制技术，其中水泥企业主要依靠燃烧中

3、和燃烧后的控制措施。SNCR脱硝技术即选择性非催化还原(SelectiveNonCatalytic Reduction,以下简写为SNCR)技术，是一种不用催化剂，在8501100C的温度范围内，将还原剂(如氨水、尿素溶液等)喷入炉内，将烟气中的NOx还原脱除，生成氮气和水的清洁脱硝技术。在合适的温度区域，且氨水作为还原剂时，其反应方程式为：4NH3+4NO+O24N2+6H2O当反应温度过高时，由于氨的分解会使NOx还原率降低；反应温度过低时，氨的逃逸增加，也会使NOx还原率降低。SNCR烟气脱硝工艺技术的关键点，在于还原剂喷入系统必须尽可能地将还原剂喷入到炉内最有效温度窗区域内，尽可能的保

4、障喷入还原剂的利用率。该公司原脱硝SNCR系统，共有6根喷枪，喷枪位置在预热器分解炉鹅颈管入口，在运行中存在氨水消耗量大、效率低等问题。因氨水消耗量大，通过与脱硝厂家技术交流，结合现场实际运行工况，确定公司脱硝效率低主要有以下4个原因：(1)原分解炉喷枪位置不合理。分解炉鹅颈管内粉尘浓度和CO浓度较高，氨水喷入后雾化靠近内壁，部分氨水迅速被飞灰吸附，且氨水还原NOx反应的过程受CO浓度影响，氨水利用率低，影响脱硝效率。(2)氨水喷枪采用的喷头雾化差，喷枪穿透力不够，喷射距离不足，脱硝效率低。在氨水喷入烟道内后，实际喷射距离不足1m,导致喷出的氨水无法完全覆盖水平烟道横截面，氨水利用率不高，影响

5、脱硝效率。(3)水泥窑系统煨烧火力增强，产生的NOx增加，窑尾未实施分级燃烧，氨水消耗较高。(4)脱硝控制系统自动化程度低。原SNCR控制系统为人工调节喷氨量，导致在NOx变化剧烈的情况下，操作员大幅度的调整氨水用量，存在人工控制滞后性，且为了维持氮氧化物排放不超标，将氮氧化物排放值长期控制在300x10-6以下，这样就造成氨水使用量增加。2 .技改思路水泥窑炉内生成的NOx主要为热力型NOx和燃料型NOX,热力型NOx为燃烧空气中的在1500以上的高温下氧化生成，燃料型NOx为燃料中含有的氮化物在燃烧过程中氧化而生成，这两种NO、均伴随燃烧过程产生，回转窑内高温区温度在1500C以上，而分解

6、炉内温度通常在1000C以下，可见NOx主要来源于回转窑内，结合NOx生成特点和主要来源，其控制技术大体可分为燃烧前控制、燃烧过程控制和燃烧后控制。燃烧前控制主要方法为控制燃料中的N含量，但目前该技术尚未得到较好开发；燃烧过程控制主要方法为分级燃烧、低氧燃烧；燃烧后控制主要方法为SCR、SNCR。总体而言，燃烧前控制和燃烧后控制需增加设备，投资大且增加运营成本，而燃烧过程控制方法是从优化燃烧的角度出发，因此仅需对现有设备改造，不增加日常运营成本。为降低氨水用量，节约生产运营成本，该公司结合分级燃烧、低氧燃烧两种方式进行了脱硝改造，改造主要由窑尾燃烧器改造、三次风管改造、4级下料管改造、窑头燃烧

7、器改造四部分组成。3 .降硝氮措施3.1. 窑尾燃烧器改造分级燃烧是通过对分解炉局部结构优化，在分解炉内形成一个还原区，利用煤粉在缺氧状况下产生的CO、C-H化合物等还原物质与回转窑内生成的NOX发生还原反应，从而达到脱硝的目的。该公司采用分煤的分级燃烧方式进行脱硝改造，即在烟室缩口上方增加4根脱硝燃烧器，对称分布，原分解炉锥体位置的2根窑尾燃烧器与三次风管相对位置保持不变，但随三次风管一同上移，由于烟室缩口气体为回转窑内煤粉与空气燃烧后产生的烟气，氧含量通常在1%2%左右，因此在烟室缩口增加4根脱硝燃烧器，煤粉从缩口喂入后，在缺氧状况下，难以充分燃烧，产生大量CO、C-H化合物对NO、进行还

8、原。第9页共8页图i脱硝降氮改造现场图3. 2.三次风管改造该公司三次风管与分解炉连接位置位于分解炉锥体部分，虽切向进入分解炉，但向下（即烟室方向）倾斜约15。分煤改造前，2根窑尾燃烧器位于三次风管上方300mm,分级改造后在烟室缩口上方新增了 4根窑尾燃烧器，由于三次风管向下倾斜约15。，这种入炉方式导致烟室缩口煤粉在缺氧状况下生成的CO与氧含量21%左右的三次风提前相遇，相当于缩短了 NOx在还原区的停留时间。为确保脱硝效果，延长NOx在还原区的停留时间，公司对三次风管进行了改造，改造内容为：将三次风管从窑尾平台处开始抬高，三次风管入炉位置由分解炉锥部改为分解炉直筒与锥体连接处，入炉位置提

9、高1800mm,三次风切向垂直进入分解炉，由于三次风管改造后，2根窑尾燃烧器位于三次风入炉区域，如果使用该煤管，易造成局部高温结皮，因此，2根窑尾燃烧器同时上移 1800mm。3. 3.四级下料管改造窑尾燃烧器改造后，尾煤基本全部由烟室缩口上方喂入，必然导致缩口和分解炉锥部温度上升，若没有生料在此处吸热发生分解反应，将造成缩口和分解炉锥部结皮，对系统产量和质量造成影响。因此对四级下料管进行了改造：该公司四级下料管共4根，对称分布于分解炉中部，无法达到降低分解炉锥部温度的目的，因此窑尾燃烧器改造后，在分解炉锥体新增2根四级下料管，一个分料阀，2根下料管对称分布，位于烟室缩口燃烧器上方1500mm

10、,分料阀开度根据分解炉下部温度进行调节，控制在900950C,避免缩口和分解炉锥部局部高温。3. 4.窑头燃烧器改造低氧燃烧是通过降低煤粉燃烧的过剩空气系数，进而降低燃料周围氧浓度，达到降低燃烧温度峰值减少热力型NOx生成的目的。改造前该公司窑头燃烧器为DBC-2205508型燃烧器，这种燃烧器的特点主要体现在高一次风量、低一次风压，窑头配备ARF-295型一次风机，风量145.83m3/min,风压29.4kPa,虽有利于形成稳定的火焰，对煤质的适应性较强，但大量低温的一次风进入回转窑内，不仅造成热耗上升，也会增加热力型NO*生成量。为降低煤耗，减少NO、生成量，公司对窑头燃烧器进行了技改，

11、采用DJGX5000T/D-T型低氮燃烧器替换原燃烧器，同时采用YG150磁悬浮鼓风机替换罗茨风机，一次风量90m3/min,风压72kPao改造前后一次风机主要参数见表1。表1改造前后一次风机主要参数3. 5,优化脱硝氨水喷枪的位置，提高脱硝效率预热器五级锥部具有适宜的反应温度(850950C)时间和烟气经过锥部气料分离后较低的粉尘浓度，脱硝的效率较粉尘浓度大的分解炉鹅颈管和五级出要高。因此，将原脱硝喷枪的位置分解炉鹅颈管入口改到五级锥部平台，在五级锥部设置6组喷枪，按照圆周方向等分布置，相邻两根喷枪上下交错高差0.5m,插入深度1.51.7m,(见图2)保持水平入内，确保无死角，可以避免相

12、邻的喷枪喷出的氨水扇面发生碰撞，造成雾化后的氨水颗粒再次聚集和分布不均；喷枪喷出面积可覆盖五级旋风筒锥部的截面，使氨水和NOx高度混合。图2现场改造后喷枪位置3. 6.选用新型双流体脱硝专用喷枪新型双流体脱硝专用喷枪(见图3),脱硝喷枪的液、气介质独立接入，脱硝溶液和压缩空气在喷枪内部进行混合，在喷射时高效雾化，气液比小，节能显著；雾滴粒径细密均匀，喷雾穿透性强、覆盖面大，能充分保障脱硝溶液与图3新型双流体脱硝专用喷枪结构DN100 PN0.6 GBrT9119-20003”(M8.9x4.0)】二 1/4”2 42X3.2)烟气混合充分；喷枪液、气接管采用快拆式接头，安装简单方便。水珞人口具

13、体的技术参数及特点如下:(1)脱硝喷枪数量6套，喷枪直径20mm、喷枪长度2200mm。(2)喷枪、喷头材质为310s4,该材质具有耐高温(最高耐热温度1400C)、耐磨损的特性，快捷套筒直径50mm、长度40cm。(3)雾化：一字扣雾化，流量40600L/h,压力：氨水：0.4MPa气：0.5MPao(4)雾化颗粒：3570m,软管长度：3000mm,雾化角度：3090。，雾场半径：5001000mm。(5)喷射距离：35m,液滴出口流速：40m/s,工作温度：8501200C,运行周期：10000h。(6)喷枪具有停用防堵功能，确保喷头在高温、高浓度粉尘、复杂的气流环境中，不致堵塞；具有快

14、装、检修拆卸方便的功能，工作运行更安全可靠。3. 7.增加分级燃烧，降低氮氧化物NOx原理：将水泥窑系统尾煤引一路到烟室上方合适位置喂入，因水泥窑窑尾烟气是贫氧状态(烟气中含量在1%左右)，加入煤粉后，在烟室至分解炉的锥部形成还原区，将窑内产生的NOx进行还原，脱硝效果取决于窑尾烟气在还原区的停留时间。具体方案：喷煤主管道上安装一分三的煤粉分配器，各分路管道上安装闸阀，保留原分解炉锥部的喷煤点位置，新增喷煤点位置在分解炉缩口上方600mm,喷煤点的燃烧器水平插入深度150mm,对接点利用法兰连接，连接管道采用高压钢丝软管。为提高煤粉的分散效果，避免新增煤粉打到对面炉壁上，造成结皮，为此在喷煤点

15、燃烧器头部加装定位旋流块（见图4）,原两路喷煤点的闸阀开度100%,新增喷煤点运行后通过不断调试使用目前闸阀开度30%左右，实现了分级燃烧节省氨水用量的效果。图4喷煤点燃烧器头部加装自制定位旋流块3. 8.增加自动调节喷氨系统智能脱硝控制系统已经在国内多家水泥厂投入运行。智能控制系统通过其内置的强大算法，可以大幅提高生产过程中关键变量的稳定性，经长期运行验证，与手动控制相比，智能控制系统脱硝控制器能够有效降低烟囱出口氮氧化物浓度波动范围，在氮氧化物浓度达标的前提下，降低吨熟料氨水用量。增加1套XZK-1型脱硝自动调节升级模块和操作界面，将在线监测的氮氧化物数值接入，将模块的输出接到控制氨水喷量的变频器或调节阀上，对原脱硝系统进行调节，通过控制NOx浓度值，自动调整氨水喷射泵的频率，确保小时NO、浓度值在合理范围，控制精度和适应性都大大提高，达到节氨效果。4 .实施后的经济和社会效益通过本次对烟气脱硝系统分层次的改造，投入少