水泥脫硝的個(gè)性化設(shè)計(jì)與工程實(shí)踐

陳學(xué)功，尹海濱

（江蘇科行環(huán)保科技有限公司，江蘇 鹽城 224051）

引言

“脫硝”是環(huán)保領(lǐng)域近年來的熱點(diǎn)議題。在這一領(lǐng)域，部分水泥企業(yè)聯(lián)手環(huán)保公司，采用從源頭控制到尾端治理等各種手段對(duì)NOx污染進(jìn)行綜合治理。2012年，僅江蘇科行集團(tuán)就在國(guó)內(nèi)9個(gè)省市區(qū)建成了40多條水泥生產(chǎn)線脫硝改造示范線。水泥窯脫硝技術(shù)目前已從理論探討走向了實(shí)際應(yīng)用。

1 國(guó)內(nèi)水泥窯脫硝設(shè)計(jì)需求

由于國(guó)內(nèi)水泥窯的形式、運(yùn)行情況、地理環(huán)境、環(huán)保容量等不同，因而水泥脫硝相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用（如一般的空氣分級(jí)技術(shù)的應(yīng)用、SNCR還原劑的選擇、聯(lián)合技術(shù)的使用等），需根據(jù)具體情況實(shí)行個(gè)性化設(shè)計(jì)。在實(shí)際應(yīng)用上，各種技術(shù)的聯(lián)合使用，更是受到制約條件的限制。如替代燃料技術(shù)（固廢處理）+ SNCR技術(shù)適用于已建立或待建設(shè)固廢預(yù)處理的地區(qū)，以廢氨水為還原劑的SNCR技術(shù)應(yīng)用需考慮廢氨水的品質(zhì)穩(wěn)定和供應(yīng)穩(wěn)定，并需綜合考慮煤耗成本的增加。

2 工程應(yīng)用實(shí)踐

根據(jù)項(xiàng)目設(shè)計(jì)實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，水泥窯脫硝應(yīng)用技術(shù)主要可分為低氮燃燒 + SNCR聯(lián)合技術(shù)、替代燃料 + SNCR技術(shù)、一區(qū)兩線SNCR技術(shù)，以及單、雙還原劑SNCR技術(shù)等。

2.1 低氮燃燒 + SNCR聯(lián)合技術(shù)

該聯(lián)合技術(shù)的使用，首先需要考慮分解爐的適用性和改造的施工難度。低氮燃燒原理示意見圖1。

云南曲靖某水泥企業(yè)4000t/d項(xiàng)目，根據(jù)實(shí)際情況采用空氣分級(jí) + SNCR聯(lián)合技術(shù)。該項(xiàng)目前期就實(shí)施的可行性進(jìn)行了專家審議，評(píng)選技術(shù)路徑方案，為后期項(xiàng)目設(shè)計(jì)與實(shí)施提供了關(guān)鍵依據(jù)（見表1）。

圖1 低氮燃燒原理圖

空氣分級(jí)方案實(shí)施中，主要是增加一套承重平臺(tái)，以及空氣分級(jí)風(fēng)管、調(diào)節(jié)閥門、膨脹節(jié)等非標(biāo)設(shè)備。新增平臺(tái)位于三次風(fēng)平臺(tái)上方，不影響三次風(fēng)閥的檢修吊裝空間；空氣分級(jí)管道為同回轉(zhuǎn)窯中心線垂直面布置，位于三次風(fēng)管內(nèi)側(cè)；調(diào)節(jié)風(fēng)閥位于空氣分級(jí)風(fēng)管分解爐進(jìn)口位置。SNCR采用氨水工藝，經(jīng)過調(diào)試氨水濃度在15%～18%為最佳脫硝濃度。該項(xiàng)目中考慮使用廢氨水以降低脫硝成本。根據(jù)運(yùn)行情況，不開空氣分級(jí)風(fēng)管的情況下，滿足50%脫硝效率時(shí)，20%氨水耗量為2.3～2.6kg/噸熟料。

表1 云南某項(xiàng)目生產(chǎn)線主要參數(shù)

2.2 替代燃料+SNCR聯(lián)合技術(shù)

固廢處理（替代燃料）是水泥工業(yè)的發(fā)展方向。據(jù)調(diào)研，國(guó)內(nèi)部分水泥生產(chǎn)線已著手對(duì)城市污泥、固體廢棄物等嘗試了環(huán)保處理。如北京金隅太行前景水泥進(jìn)行了固廢燃料棒分解爐燃燒改造；北京立馬水泥對(duì)污泥利用進(jìn)行了分解爐燃燒改造；上海金山水泥廠對(duì)高危固廢燃燒進(jìn)行了改造等。固體廢棄物處理使得節(jié)能、減排相互依存，在處理固廢垃圾，降低氮氧化物排放的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)價(jià)值（政府資金補(bǔ)助）。北京一水泥企業(yè)同步實(shí)施了替代燃料和SNCR改造工藝，其生產(chǎn)線的主要參數(shù)見表2。

表2 北京某項(xiàng)目生產(chǎn)線主要參數(shù)

該項(xiàng)目使用的燃料棒為塑料類廢棄物制成，系統(tǒng)由存儲(chǔ)、輸送、計(jì)量和喂料等部分組成。進(jìn)料接口位于燃燒室同混合室接口處上部，采用單側(cè)進(jìn)料。改造中，充分利用了窯周邊預(yù)留空地和分解爐鋼架、平臺(tái)，整個(gè)工程融入現(xiàn)有生產(chǎn)線布局。SNCR采用氨水和尿素雙還原劑工藝（詳見單/雙還原劑SNCR技術(shù)）。根據(jù)運(yùn)行情況，當(dāng)出口濃度控制在300mg/Nm3以下、僅使用SNCR時(shí)，20%氨水耗量為1.9～2.2kg/噸熟料。

2.3 一區(qū)兩線SNCR技術(shù)

當(dāng)并行的兩條生產(chǎn)線同時(shí)實(shí)施脫硝改造時(shí)，兩線共用SNCR工藝是較為合理的選擇。一區(qū)兩線工藝可減少改造用占地面積、提高設(shè)備利用率、完善系統(tǒng)管理、降低投資成本。

福建一水泥企業(yè)2×5000t/d、大連一水泥企業(yè)2×4000t/d生產(chǎn)線均采用一區(qū)兩線SNCR脫硝工藝。該工藝采用一個(gè)存儲(chǔ)、制備區(qū)（還原劑為尿素時(shí)），一套輸送模塊，向兩條線供應(yīng)還原劑，經(jīng)兩線各自的稀釋計(jì)量模塊和分配模塊最終噴射入分解爐，完成脫硝任務(wù)。系統(tǒng)采用一套電氣控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)兩線的協(xié)同自動(dòng)化控制，生產(chǎn)線的主要參數(shù)見表3。

表3 項(xiàng)目生產(chǎn)線主要參數(shù)

2.4 單/雙還原劑SNCR技術(shù)

SNCR常用的還原劑為氨水和尿素溶液。在大部分分解爐上，這兩種還原劑都能滿足脫硝效果要求，當(dāng)某一種還原劑因供應(yīng)價(jià)格浮動(dòng)帶來成本增加時(shí)，換用另一種還原劑是降低運(yùn)行成本的有效措施。因此，在不同還原劑供應(yīng)地區(qū)，需要靈活選用SNCR還原劑的方案。在化工廠分布較多的地方，可直接考慮使用氨水單一還原劑工藝，如主要的煤化工地區(qū)；在周邊缺少化工企業(yè)且運(yùn)輸不便的地區(qū)，可考慮使用單一尿素還原劑工藝；在一些中間區(qū)域，兩種還原劑供應(yīng)難易相當(dāng)?shù)牡貐^(qū)，盡量考慮氨水-尿素雙還原劑SNCR工藝。根據(jù)工程實(shí)施情況，采用單一尿素還原劑方案的案例較少，多數(shù)是氨水作為單一或是主要還原劑。單/雙還原劑工藝示意見圖2。

圖2 單/雙還原劑工藝示意圖

福建另一水泥企業(yè)5000t/d生產(chǎn)線采用單一氨水方案。工藝布置上采用雙臥式儲(chǔ)罐，系統(tǒng)中關(guān)鍵部件均采用一用一備，采用6+4兩層噴槍組合，脫硝效果良好。貴州某水泥企業(yè)2500t/d生產(chǎn)線采用單一氨水方案。工藝布置上采用兩立式儲(chǔ)罐，采用4+2兩層噴槍組合。該項(xiàng)目為EPC總包工程，整個(gè)工程周期僅為一個(gè)月時(shí)間。其生產(chǎn)線主要參數(shù)見表4。

表4 生產(chǎn)線主要參數(shù)

3 結(jié)語

目前，《水泥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB4915-2013版的修訂工作已接近尾聲，新標(biāo)準(zhǔn)中的NOx排放標(biāo)準(zhǔn)控制在400mg/Nm3左右，已成為行業(yè)內(nèi)的共識(shí)。2012年，全國(guó)約有百條新型干法水泥生產(chǎn)線實(shí)施了脫硝改造工程，工程分布在全國(guó)主要水泥生產(chǎn)區(qū)域，SNCR技術(shù)均有特性改進(jìn)適用于各種分解爐爐型與生產(chǎn)狀況。水泥生產(chǎn)企業(yè)在NOx減排方案的選擇上，需綜合考慮區(qū)域特點(diǎn)、爐型特性和長(zhǎng)遠(yuǎn)環(huán)保要求，采用專業(yè)的調(diào)研檢測(cè)、個(gè)性化方案設(shè)計(jì)和周全的工程實(shí)施，以有利企業(yè)發(fā)展和滿足環(huán)保要求。