离线型预分解窑脱硝技改分析

詹智良 李元君

广西鱼峰集团水泥股份有限公司，广西 柳州 545008

离线型预分解窑脱硝技改分析

詹智良 李元君

广西鱼峰集团水泥股份有限公司，广西 柳州 545008

广西鱼峰集团水泥股份有限公司水泥生产线2线为3 200 t/d预热预分解窑，配置预热器为离线型双系列四级旋风筒，分解炉为SLC型分解炉。在实施脱硝技术前，氮氧化物平均在850 mg/m3左右。改造后可以实现氮氧化物排放按国家要求控制，但成本较高。究其原因，一是还原剂喷入点不合理，二是喷射系统有待优化。

预分解窑 脱硝

0 引言

广西鱼峰集团水泥股份有限公司水泥生产线2线，是20世纪80年代从丹麦史密斯公司引进的3 200 t/d熟料预热预分解窑。预热器为离线型双系列四级旋风筒，分解炉为SLC型分解炉。离线型分解炉设置在窑尾上升烟道一侧，窑气与炉气各走一系列预热器，并各用一台主排风机。窑气走的预热器为窑列，炉气走的预热器为炉列。回转窑及预热器主要结构参数见表1，窑尾预热预分解系统如图1所示。

该系统在采用SNCR非催化还原脱硝技术实施技改前，各设备、窑工况均处于正常状态，氮氧化物平均在850 mg/m3左右。改造后可以实现氮氧化物排放达到国家要求，但成本较高。本文就改造过程中的问题进行分析，并提出改进措施。

1 氨水喷枪点的确定

1.1 还原剂喷入点的选择条件

公司2014年2月，邀请A公司对2线窑进行脱硝技改，选用SNCR非催化还原脱硝技术，其原理是：将还原剂（氨水或尿素水溶液）通过雾化喷射系统直接喷入分解炉合适温度区域，雾化后的氨与 NOx（NO、NO2等混合物）进行选择性非催化还原反应，将NOx 转化成无污染的N2和水。还原剂喷入点位置至关重要，当喷入点温度过低，脱硝效率会降低；喷入点温度过高，还原剂会直接被氧化成N2和NO，最终也会影响脱硝效率。因此为了提高脱硝反应效率并实现NH3的逃逸最小化，喷入点的选择需满足以下条件：温度窗口合适，为850～1 000 ℃；喷入的位置没有火焰；还原剂在反应区域有足够的停留时间。

1.2 氨水喷枪的布置

A公司喷射系统由一台多级离心泵、6只喷枪、仪表、阀门、电气控制柜组成喷射系统。6只喷枪由一台多级离心泵提供喷射动力。6只喷枪均布置在烟道上，各喷枪点位置和大致温度范围见表2。

表1 回转窑及预热器主要结构参数

2 第一次试机效果及分析

2.1 试机效果

脱硝技改于7月初进行第一次试机。试机前，各设备、窑工况均处于正常状态，氮氧化物平均在850 mg/m3。试机时6只喷枪同时工作，还原剂为浓线型预分解窑烟道和窑列中NOx 以热力型NOx为主，炉列中NOx 以燃料型NOx为主。A厂安装的喷枪，均布置在烟道上，故只能对回转窑内产生的NOx进行脱硝，不能对分解炉内产生的NOx进行脱硝。因此第一次脱硝试机效果较差。此外，从本次试机可以看出，在这条离线型预分解窑中，窑列产生的NOx约占50%～60%，炉列燃料型NOx约占40%～50%。

图1 窑尾预热预分解系统

表2 各喷枪点位置和大致温度范围

表3 脱硝技改第一次试机结果

3 优化脱硝及效果

3.1 氨水喷枪点的位置优化

针对初期设置的喷枪位置不能实现对分解炉内产生的NOx进行脱硝，A公司重新优化氨水喷枪点，将原来在烟道10 m处的2只喷枪改装到预热器7楼分解炉鹅颈管处，该部位温度约为880～930 ℃。因技改时间限制，6个喷枪仍由一台多级离心泵提供喷射动力。喷枪喷射点位置见图2。

3.2 优化效果

脱硝优化技改于7月中旬进行试机。试机前，各设备、窑工况均处于正常状态，氮氧化物平均在度20%的氨水。试机结果见表3。

从表3数据可以看出，试机效果并不理想，即使喷氨水量达到1 t/h以上，废气中NOx的含量勉强降至国家要求400 mg/Nm3以下。

2.2 原因分析

2.2.1 水泥窑NOx产生环节分析

预分解窑水泥生产过程中产生的氮氧化物，主要来自回转窑和分解炉，回转窑内主要是煅烧时物料熔融和矿物重结晶过程，物料温度必须超过1 400 ℃，通常水泥窑主燃烧器形成的火焰温度为1 800～2 200 ℃，在如此高温下，窑内气流中的氧气和氮气会反应生成氮氧化物，通常称之为热力型NOx。在水泥生产过程中，大约60%的煤粉进入分解炉，炉内温度一般在850～1 000 ℃之间，在此温度下，基本可以不考虑热力型NOx的形成，但是煤粉自身的氮元素会与氧气发生反应，产生氮氧化物，通常称之为燃料型NOx。另外，低温火焰下由于含碳自由基的存在会生成瞬时型NOx。

2.2 第一次脱硝效果差原因

从预分解窑产生NOx的最主要来源可知：离880 mg/m3。试机是6只喷枪同时工作，还原剂为浓度20%的氨水。试机结果见表4。

图2 喷枪喷射点位置

从表4数据可以看出，试机效果也不理想，即使喷氨水量达到0.7 t/h以上，NOx的含量勉强降至国家要求400 mg/Nm3以下。A公司同期对我公司3线（2 500 t/d在线型预分解窑）进行脱硝技改，3线窑正常时氮氧化物平均在830 mg/m3，喷枪点布置在分解炉鹅颈管上部。表5为3线脱硝技改效果数据。

对比2条线脱硝效果可以看出，2线窑脱硝效果远不如3线窑理想，表现在：2线脱硝效率远低于3线，2线脱硝率约为60%，3线脱硝率达到70%以上；喷氨水量较多，直接影响运行成本，2线喷氨水量达到0.7 t/h，是3线喷氨水量的2倍还多，2线喷氨水成本就达到4元/t熟料。

表4 喷枪喷射点位置优化后的效果

表5 3线脱硝技改效果

4 结束语

本次技改说明，水泥预分解窑脱硝系统必须依据水泥窑NOx产生原理，根据窑型的实际情况，合理确定还原剂喷入点，喷点位置的选择至关重要。目前2线脱硝系统正常运行，但存在脱硝率低、喷氨水量大的问题，未来脱硝系统优化的方向为：

（1）烟道喷枪点下移。烟道喷枪点的温度为880～900 ℃，并非氨水最佳反应温度，应将喷枪点下移在900～1 000 ℃的区域，以提高氨水脱硝反应效率并实现NH3逃逸的最小化。

（2）增加分解炉喷氨水量。目前分解炉产生的燃料型约占总NOx的40%～50%，仅2只喷枪喷射氨水是不够的，至少要3只以上。

（3）增加一台多级离心泵控制分解炉喷枪。目前分解炉的2只喷枪距烟道4只喷枪有30 m的高差。目前仅一台多级离心泵控制6只喷枪，就导致喷枪间阻力不同，压力不同，分解炉的喷枪压力偏低，喷射效果差。因此应多增加一台多级离心泵及其附属设备控制分解炉喷枪。

2014-10-10）

TQ172.622.26; X38

B

1008-0473(2015)01-0053-03

10.16008/j.cnki.1008-0473.2015.01.014