技術(shù) | 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(jìn)重點企業(yè)開展超低排放改造，在基準(zhǔn)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(jìn)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(biāo)。
為響應(yīng)河北省藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)三年作戰(zhàn)計劃（2018~2020年）等相關(guān)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(biāo)準(zhǔn)》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(zhǔn)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(jìn)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(yù)熱器帶預(yù)燃爐系統(tǒng)，脫硝系統(tǒng)采用SNCR工藝，于2014年建成并投入運(yùn)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(jìn)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(shè)備故障等諸多因素影響，預(yù)熱器溫度場反應(yīng)溫度發(fā)生變化，原系統(tǒng)未能根據(jù)預(yù)熱器系統(tǒng)溫度場的變化精確控制氨水噴入量，導(dǎo)致脫硝反應(yīng)效率低，氮氧化物難以控制或穩(wěn)定在排放標(biāo)準(zhǔn)。在排放標(biāo)準(zhǔn)400 mg/Nm3時，可以滿足要求，當(dāng)排放標(biāo)準(zhǔn)降低到100 mg/Nm3以下，出現(xiàn)氨水用量特別大，氨逃逸超標(biāo)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(dá)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(jìn)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(jié)皮堵塞。同時對預(yù)熱器系統(tǒng)進(jìn)行熱工標(biāo)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(yīng)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(shè)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(jī)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(jié)構(gòu)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(yùn)行期間進(jìn)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(fèi)用120×650=78 000元，年節(jié)約費(fèi)用93.6萬元。
按照《河北省環(huán)境保護(hù)稅應(yīng)稅大氣污染物和水污染物適用稅額方案》三檔標(biāo)準(zhǔn)4.8元/當(dāng)量及《應(yīng)稅污染物和當(dāng)量值》大氣污染物氮氧化物污染當(dāng)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(fèi)用共計169.2萬元。
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