水泥窯煙氣脫硝工藝改造常見影響因素分析

摘要：本文主要針對水泥窯煙氣脫硝窯尾燒成系統(tǒng)工藝改造后系統(tǒng)的運行情況、可能出現(xiàn)的一些實際問題及解決措施進行分析討論。對可能影響改造效果的一些原因，如實際使用氨水濃度、氨水噴槍的位置及噴射方式、噴槍的實際霧化效果、系統(tǒng)工藝操作參數(shù)的調(diào)整、煤粉的輸送及尾煤燃燒器使用效果等幾個方面進行分析。通過對以上問題的分析討論，從而避免改造后因操作不當或工藝調(diào)整不及時而影響煙氣脫硝工藝改造的效果。  

關(guān)鍵詞：煙氣脫硝；NO_x濃度；氨水用量；煤粉；工藝操作  

引言  

近幾年，隨著國家對水泥企業(yè)各項環(huán)保指標的要求越來越高，NO_x作為水泥窯煙氣排放的主要污染物之一，各地對其排放濃度控制指標的要求也越來越嚴格。其指標從前幾年各地普遍控制在400mg/m³以內(nèi),逐漸提升為100mg/m³以內(nèi)。水泥企業(yè)為降低NO_x排放濃度，很多水泥熟料生產(chǎn)線都對窯尾燒成系統(tǒng)進行了系統(tǒng)的脫硝工藝改造，其改造方式主要是對三次風管、窯尾送煤管道及燃燒器、四級下料管分料及落料點、氨水噴射位置及噴射方式等進行改造。其目的就是在分解爐錐體建立局部還原區(qū)，還原窯內(nèi)煅燒產(chǎn)生的NO_x，以降低NO_x排放濃度，節(jié)約氨水用量。  

水泥窯進行煙氣脫硝窯尾燒成系統(tǒng)工藝改造后，較改造前，其操作方式也會相應(yīng)地發(fā)生變化。如改造后使用操作不當，也會造成還原效果降低，氨水用量增加的情況，甚至有些廠會出現(xiàn)系統(tǒng)易結(jié)皮，影響系統(tǒng)工藝穩(wěn)定的情況。  

本文結(jié)合一些生產(chǎn)線的實際運行情況，對水泥窯煙氣脫硝窯尾燒成系統(tǒng)工藝改造后的常見問題進行簡要總結(jié)，并提出一些解決措施，希望能給讀者提供一些調(diào)整思路。  

1.氨水濃度對氨水用量的影響：  

當前大部分水泥熟料線脫硝所用氨水濃度都在20%左右。如在水泥窯生產(chǎn)運行中，工藝系統(tǒng)未發(fā)生較大變化的情況下，氨水用量突然增加，應(yīng)首先排查所使用的氨水濃度是否發(fā)生變化。在實踐中發(fā)現(xiàn)，當氨水濃度由20%降低到17%時，氨水用量可能會增加30-50%；同樣，當氨水濃度由20%提高到23%時，氨水用量可能會降低20-30%。在我國北方某5000T/D熟料線實驗時曾發(fā)現(xiàn)，當NO_x控制指標在100mg/m³以內(nèi)不變的情況下，氨水濃度由20%提高到23%時，氨水用量由原來的900L/H，降低到650L/H，節(jié)約氨水效果顯著。  

過高的氨水濃度對其運輸與儲存的要求也更為嚴格，各企業(yè)可根據(jù)自身情況合理選擇，但在使用中應(yīng)首先確保實際使用氨水濃度不小于20%。  

2.氨水噴槍安裝位置、噴射方式及霧化效果對氨水用量的影響：  

氨水噴槍的安裝位置、噴射方式及其實際霧化效果對氨水的反應(yīng)效率影響很大。結(jié)合我司實際改造經(jīng)驗，氨水噴槍安裝位置的不同會對氨水的用量產(chǎn)生較大的影響。我司實際推廣的分體計量項目，就是僅對氨水噴槍的安裝位置、噴射方式及其實際霧化效果進行改造優(yōu)化，就可達到節(jié)約氨水用量15-30%的效果。  

為提高氨水與NOx的反應(yīng)效率，節(jié)約氨水用量，在實際應(yīng)用中一般會在五級旋風筒及分解爐出口等不同位置安裝氨水噴槍，噴槍的形式采用長短噴槍相結(jié)合的方式。運行調(diào)試過程中會對不同噴射點的噴槍進行組合使用，采取多點噴射，以期達到最理想的效果。  

HNHJ-Q16氨水噴槍外形示意圖  

對于當前NO_x超低排放的環(huán)保要求，在煙氣脫硝窯尾燒成系統(tǒng)工藝改造的基礎(chǔ)上，如想進一步降低NO_x排放濃度，或進一步節(jié)約氨水用量，降低氨逃逸，對系統(tǒng)進行精準脫硝改造就顯得更有必要。  

3.工藝操作對脫硝效果及系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響：  

水泥窯進行煙氣脫硝窯尾燒成系統(tǒng)工藝改造后，其系統(tǒng)將更加敏感，這就要求工藝技術(shù)人員對系統(tǒng)的操作和調(diào)整要更加及時、更加有針對性。改造后為充分發(fā)揮還原區(qū)的作用，應(yīng)適當提高三次風管閘板的開度，降低窯內(nèi)用風量，保持煙室氧含量在3%以內(nèi)。這樣將有利與還原區(qū)的創(chuàng)建，同時增加三次風的使用，也會使還原區(qū)產(chǎn)生的各類還原劑在富氧的三次風下迅速、充分地消耗。  

與未改造前相比，分解爐錐體還原區(qū)的建立使之反應(yīng)環(huán)境更為復雜，應(yīng)在該區(qū)域加裝1-2個測溫點，實時監(jiān)控其溫度變化。該區(qū)域為貧氧燃燒區(qū)，有大量煤粉在其中分散懸浮，受窯內(nèi)通風量及煙室氧含量的變化及煤粉燃燒特性的影響，該區(qū)域溫度變化較大。一般為保證還原效果，同時避免錐體結(jié)皮，該區(qū)域溫度一般應(yīng)控制在900-1000℃，如該區(qū)域溫度長時間超過1050℃，則應(yīng)考慮增加該區(qū)域的生料分料量，用較低溫度的生料吸收還原區(qū)過高的溫度；或減少該區(qū)域的分煤量，分一部分煤粉到三次風管附近，以降低該區(qū)域的溫度；也可以嘗試適當開大三次風管閘板開度，減少窯尾氧含量，以降低該區(qū)域的氧含量。  

4.煤粉的輸送及窯尾燃燒對脫硝效果的影響：  

煤粉作為煙氣脫硝還原劑的來源，也是系統(tǒng)熱能的來源，其對整個熱工系統(tǒng)的作用不言而喻。煤粉輸送的穩(wěn)定，是熱工制度穩(wěn)定的基本要求。進行煙氣脫硝改造時應(yīng)首先根據(jù)系統(tǒng)用煤量、當?shù)刈匀画h(huán)境（主要是海拔的影響），所用煤粉特性等條件，計算合理的送煤管道規(guī)格，確定煤粉輸送氣固比。  

送煤壓力是煤粉輸送量的直觀體現(xiàn)，送煤壓力的波動會對系統(tǒng)的負壓造成很大的影響，使還原區(qū)內(nèi)的氣流隨之波動，影響還原效果。此外，送煤量的波動還容易造成系統(tǒng)煤粉燃燒不完全，產(chǎn)生大量的CO，且產(chǎn)生的CO會隨系統(tǒng)負壓的波動迅速排出系統(tǒng)，一方面造成系統(tǒng)能耗的增加，另一方面CO在系統(tǒng)中過量的產(chǎn)生也會抑制氨水與NO_x的反應(yīng)，降低氨水的反應(yīng)效率，造成在系統(tǒng)NO_x生產(chǎn)量沒有明顯增加的情況下，氨水用量的增加。因此，改造后要排除造成送煤風壓波動的影響因素，以保證煤粉輸送的穩(wěn)定性。  

此外，進行煙氣脫硝改造后，為保證系統(tǒng)脫硝效果，大部分尾煤甚至全部尾煤將在分解爐錐體底部進行噴射，這就對窯尾燃燒器的要求更高。較改造前在三次風入口附近進行尾煤噴射相比，煙氣脫硝改造后尾煤燃燒器要有更好的煤粉分散效果，以使煤粉能在相對較小的環(huán)境中進行快速均勻的分散，使煤粉懸浮于整個空間，避免煤粉局部富集產(chǎn)生高溫或結(jié)塊。我司脫硝改造會根據(jù)實際送煤壓力、送煤量、煤質(zhì)特性等情況，采用自主研發(fā)的煙氣脫硝專用窯尾燃燒器，其內(nèi)部會加裝旋流器，利用輸送煤粉的壓力使煤粉迅速分散燃燒。經(jīng)仿真模擬試驗，脫硝專用旋流擴散窯尾燃燒器較傳統(tǒng)普通窯尾燃燒器，煤粉分散速率能增加一倍以上，更適合在煙氣脫硝改造中使用。  

5.其他因素的影響：  

不同水泥熟料生產(chǎn)線，受制于所用原燃材料的情況、系統(tǒng)自身的原因、工藝管理現(xiàn)狀、主機設(shè)備存在的一些問題等因素，造成系統(tǒng)NO_x的生成量和氨水用量有很大的差別。因此，在煙氣脫硝工藝改造時需要對這些問題統(tǒng)籌考慮，制定合適的改造方案。在對系統(tǒng)進行改造后，也要根據(jù)生產(chǎn)線的實際情況，對系統(tǒng)進行專業(yè)的調(diào)試，對原工藝參數(shù)作出相應(yīng)的調(diào)整，重新優(yōu)化，建立一套穩(wěn)定的工藝參數(shù)。  

結(jié)束語：  

煙氣脫硝窯尾燒成系統(tǒng)工藝改造能夠通過在分解爐錐體建立還原區(qū)，降低系統(tǒng)40-50％的NO_x，從而達到降低煙氣排放中NO_x濃度、節(jié)約氨水用量的效果，因此在很多水泥熟料生產(chǎn)線中得到了廣泛的應(yīng)用。為最大限度地發(fā)揮改造的效果，應(yīng)在改造前充分了解、分析生產(chǎn)線的運行現(xiàn)狀，進行專業(yè)的技術(shù)改造設(shè)計。  

進行煙氣脫硝工藝改造后，應(yīng)配合專業(yè)的調(diào)試人員，對原有工藝操作參數(shù)進行系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)整，優(yōu)化氨水噴槍的使用；控制還原區(qū)的溫度及尾煤在分解爐中的燃燒情況；合理調(diào)整C₄分料閥開度，控制物料進入上下部撒料盒的比例；對系統(tǒng)的用風也要相應(yīng)地調(diào)整，做到既能在還原區(qū)建立起穩(wěn)定的還原氣氛，又能保證煤粉最終在系統(tǒng)內(nèi)實現(xiàn)完全燃燒的效果。只有專業(yè)的技術(shù)改造設(shè)計與完善的運行調(diào)試相結(jié)合，才能最大限度地發(fā)揮煙氣脫硝工藝改造的作用。