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        水泥窯煙氣脫硝系統(tǒng)的實(shí)踐

        2020-03-13 07:13:24王學(xué)忠張曉蒙張璐衡田文軍劉鵬玉
        水泥技術(shù) 2020年1期
        關(guān)鍵詞:煙氣系統(tǒng)

        王學(xué)忠,張曉蒙,張璐衡,田文軍,劉鵬玉

        1 前言

        NOx是環(huán)保重點(diǎn)管控指標(biāo)之一,新型干法水泥回轉(zhuǎn)窯窯內(nèi)燒結(jié)溫度高,過??諝饬看?,NOx排放濃度高且灰量大,使NOx脫硝工程面臨著艱巨的挑戰(zhàn)。目前用于控制水泥回轉(zhuǎn)窯NOx排放的技術(shù)大多采用選擇性非催化還原SNCR技術(shù),但SNCR技術(shù)脫氮效率低,日常投入費(fèi)用高。本文介紹了水泥窯煙氣脫硝窯頭燒成和窯尾燒成系統(tǒng)改造的技術(shù)原理和技術(shù)方案,采用窯頭低氮煤粉燃燒技術(shù)可實(shí)現(xiàn)降低回轉(zhuǎn)窯內(nèi)熱力型NOx生成量,采用窯尾分解爐高強(qiáng)還原燃燒控制技術(shù)可實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)窯內(nèi)熱力型NOx高強(qiáng)還原,大大降低了NOx生成量,兩項(xiàng)技術(shù)的使用可實(shí)現(xiàn)脫硝效率60%以上,大大降低了NOx排放濃度和排放總量,降低了氨水用量和脫硝成本。

        2 水泥窯煙氣脫硝系統(tǒng)技術(shù)原理

        2.1 窯頭低氮煤粉燃燒技術(shù)原理

        窯頭燒成系統(tǒng)采用低氮燃燒控制技術(shù),通過控制窯頭燃燒器火焰的高溫動態(tài)時(shí)間,減少氮?dú)夂脱鯕庠诟邷貐^(qū)的反應(yīng)時(shí)間,從NOx的反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度、反應(yīng)介質(zhì)上控制回轉(zhuǎn)窯內(nèi)NOx的生成量。

        窯頭燒成系統(tǒng)采用一次風(fēng)量<6%的低氮節(jié)能燃燒器,可保證煤粉充分燃燒的情況下有效減少多余一次風(fēng)進(jìn)入窯內(nèi),有利于加快煤粉著火速率。較少的一次風(fēng)用量不但可以降低煤耗和電耗,而且可以降低燃燒器高風(fēng)速與窯內(nèi)低風(fēng)速速率差所造成的大量空氣聚集而形成的峰值溫度,減少回轉(zhuǎn)窯內(nèi)熱力型NOx的生成量。

        2.2 窯尾分解爐高強(qiáng)還原燃燒控制技術(shù)原理

        圖1 低氮節(jié)能燃燒器頭部實(shí)物圖

        窯尾燒成系統(tǒng)采用分解爐高強(qiáng)還原燃燒控制技術(shù)和窯頭窯尾用煤量優(yōu)化控制技術(shù),使煤粉在分解爐內(nèi)全部分解,形成大量的CO、CHi、H2、HCN和固定碳等還原劑,將窯內(nèi)產(chǎn)生的熱力型NOx強(qiáng)力還原成N2,從而大幅度減少窯尾煙氣的NOx含量,達(dá)到脫硝的目的。

        3 水泥窯煙氣脫硝系統(tǒng)技術(shù)方案

        3.1 窯頭低氮煤粉燃燒技術(shù)方案

        (1)窯頭燃燒器采用一次風(fēng)量<6%的低氮節(jié)能燃燒器(圖1),采用低氮煤粉燃燒控制技術(shù),降低回轉(zhuǎn)窯內(nèi)熱力型NOx生成量。

        (2)優(yōu)化窯頭煤粉輸送系統(tǒng),提高窯頭煤粉輸送的固氣比,降低窯頭煤粉輸送的風(fēng)量,降低燃燒型NOx的生成量。

        (3)控制窯頭燃燒器火焰的高溫動態(tài)時(shí)間,減少氮?dú)夂脱鯕庠诟邷貐^(qū)的反應(yīng)時(shí)間。從NOx的反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度、反應(yīng)介質(zhì)上控制回轉(zhuǎn)窯內(nèi)NOx的生成量。

        3.2 窯尾分解爐高強(qiáng)還原燃燒控制技術(shù)方案

        (1)窯尾煤粉燃燒系統(tǒng)技術(shù)方案

        優(yōu)化窯尾煤粉輸送系統(tǒng),提高窯尾煤粉輸送的固氣比,降低窯尾煤粉輸送的風(fēng)量。

        采用高性能專用強(qiáng)旋流擴(kuò)散型窯尾煤粉燃燒器(圖2),優(yōu)化窯尾燃燒器的安裝位置,使擴(kuò)散的煤粉以一定速率旋流進(jìn)入強(qiáng)力還原區(qū),提高煤粉的分解效果,以產(chǎn)生最多的還原氣氛。

        圖2 脫硝專用強(qiáng)旋流擴(kuò)散型窯尾煤粉燃燒器實(shí)物圖

        (2)三次風(fēng)管技術(shù)方案

        窯尾脫硝燒成系統(tǒng)在分解爐形成的強(qiáng)力還原區(qū),由三次風(fēng)管與窯尾煙室縮口之間的位置形成,因此,該系統(tǒng)對于三次風(fēng)管的位置有一定的要求,三次風(fēng)管應(yīng)設(shè)置在分解爐形成強(qiáng)力還原區(qū)的上部。

        (3)四級下料管技術(shù)方案

        窯尾脫硝燒成系統(tǒng)需對四級旋風(fēng)筒下料管在分解爐下料點(diǎn)的位置進(jìn)行優(yōu)化,四級旋風(fēng)筒下料管對分解爐下料點(diǎn)位于三次風(fēng)管之上,高于三次風(fēng)管0.5m以上,將每列單管下料更改為雙管下料,每單列增加一套分料閥、翻板閥、撒料箱及將相應(yīng)的下料管延長。其目的是將相對低溫物料下移,吸收還原區(qū)高溫,凝聚窯氣中析出的堿硫等有害成分,防止結(jié)皮。

        窯尾脫硝系統(tǒng)技術(shù)改造方案如圖3、圖4所示。

        4 水泥窯煙氣脫硝燒成系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)踐

        圖3 窯尾脫硝燒成系統(tǒng)技術(shù)改造前示意圖

        我公司3 000t/d水泥熟料生產(chǎn)線TDF分解爐的規(guī)格為φ6.1m×31m,設(shè)計(jì)產(chǎn)量3 000t/d,實(shí)際產(chǎn)量3 400t/d,煙室縮口尺寸φ1 700mm。依照該技術(shù)方案,2019年2月我公司進(jìn)行了煙氣脫硝窯頭燒成系統(tǒng)和窯尾分解爐燒成系統(tǒng)的技術(shù)改造,取得了良好效果。表1為我公司3 000t/d生產(chǎn)線回轉(zhuǎn)窯燒成系統(tǒng)脫硝主要參數(shù),表2為煤粉工業(yè)分析數(shù)值。

        (1)更換窯尾送煤風(fēng)機(jī)為75kW風(fēng)機(jī),增加變頻器調(diào)節(jié),減少入分解爐冷風(fēng)量(風(fēng)機(jī)具體使用運(yùn)行參數(shù)為:流量:50m3/min;壓力:49kPa;功率:75kW?,F(xiàn)有窯尾送煤風(fēng)機(jī)參數(shù):流量:75m3/min;壓力:88.2kPa;功率:200kW)。電機(jī)必須為防爆電機(jī),變頻器套柜應(yīng)為進(jìn)口ABB或西門子品牌。

        (2)更換窯尾送煤管道,窯尾送煤主路管道改為外徑φ219mm(內(nèi)徑φ203mm),一分三路送煤管道改為外徑φ146mm(內(nèi)徑φ130mm)。

        (3)更改窯尾燃燒器為脫硝專用新型旋流擴(kuò)散型分解爐燃燒器。由設(shè)計(jì)單位對分解爐規(guī)格型號及煤粉燃燒特性一爐一設(shè)計(jì),保證煤粉噴射的旋流擴(kuò)散效果,使煤粉迅速擴(kuò)散,均勻混合;將3個(gè)窯尾分解爐燃燒器安裝在分解爐錐體底部天圓地方上部適當(dāng)位置(圖5)。

        圖4 窯尾脫硝燒成系統(tǒng)技術(shù)改造后示意圖

        表1 窯系統(tǒng)脫硝主要工藝參數(shù)(改造前)

        表2 煤粉工業(yè)分析參數(shù)

        圖5 分解爐錐部煤管照片

        (4)對C4下料管進(jìn)行調(diào)整,將現(xiàn)有單管下料改造為雙管下料,C4錐體下部下料管上增加分料閥,對C4上下料比例進(jìn)行調(diào)整。將C4下料管下部入口調(diào)整至天圓地方上部,并設(shè)置撒料板;上部四級下料管入口調(diào)整至新三次風(fēng)管入口處,并設(shè)置撒料板。

        (5)對煙室縮口尺寸及縮口高度進(jìn)行調(diào)整,煙室縮口尺寸現(xiàn)為1.7m×1.7m,調(diào)整后縮口尺寸為1.85m×1.85m,煙室縮口高度在現(xiàn)有基礎(chǔ)上加高500mm,以縮口內(nèi)部澆筑料砌筑加高,外部不動,減緩物料下沉,增加煙室縮口噴騰力,減小煙室粉塵濃度,減小窯運(yùn)行煅燒負(fù)荷。

        (6)將原三次風(fēng)進(jìn)口處封閉。在分解爐錐體上方柱體處向上新開三次風(fēng)進(jìn)口通道,重新制作三次風(fēng)進(jìn)風(fēng)通管,連接分解爐上方新通道及膨脹節(jié),形成新的三次風(fēng)通道,相應(yīng)提高新加三次風(fēng)管角度(圖6)。

        (7)更換窯頭燃燒器,更換窯頭凈風(fēng)機(jī),更換窯頭送煤管道。

        a窯頭送煤風(fēng)機(jī)

        窯頭送煤風(fēng)機(jī)不變,增加變頻器調(diào)節(jié)減少入窯冷風(fēng)量。具體使用運(yùn)行參數(shù):流量:30m3/min;壓力:25~30kPa;功率:37kW?,F(xiàn)有窯頭送煤風(fēng)機(jī)參數(shù):流量:60.3m3/min;壓力:49kPa;功率:75kW。

        b窯頭凈風(fēng)機(jī)

        更換窯頭凈風(fēng)機(jī)。具體參數(shù):流量:60m3/min;壓力:58kPa;功率:90kW。采用變頻調(diào)節(jié),保證小風(fēng)量高壓力。現(xiàn)有凈風(fēng)機(jī)參數(shù):流量:90m3/min;壓力:29.4kPa;功率:90kW。

        圖6 三次風(fēng)管入爐照片

        c窯頭送煤管道

        更換窯頭送煤管道為φ168mm×8mm(內(nèi)徑φ 152mm)。現(xiàn)有送煤管道尺寸:φ200mm。

        d更換高動能型HJ五通道智能旋渦流燃燒器(圖7)。

        圖7 窯頭燃燒器照片

        改造完成后,投料一次成功,窯頭火焰強(qiáng)勁有力,形狀完好,調(diào)節(jié)靈活,窯皮平整,煙室及分解爐錐部結(jié)皮少;相同NOx控制指標(biāo)情況下,氨水用量平均下降了66.7%;脫硝綜合效率>63%。技術(shù)改造前后主要工藝參數(shù)對比如表3所示。

        5 結(jié)語

        實(shí)際采用窯頭和窯尾降低NOx的技術(shù)方案后,得到如下結(jié)果:

        表3 煙氣脫硝技術(shù)改造前后主要工藝參數(shù)對比

        (1)采用窯頭低氮煤粉燃燒技術(shù)可降低回轉(zhuǎn)窯內(nèi)熱力型NOx產(chǎn)生量,與傳統(tǒng)燃燒器相比,可降低氮氧化物生成量15%~20%。

        (2)采用窯尾分解爐高強(qiáng)還原燃燒控制技術(shù)可實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)窯內(nèi)熱力型NOx高強(qiáng)還原,大大降低了NOx生成量,氮氧化物本體濃度可降低45%~50%以上。

        (3)采用窯頭低氮煤粉燃燒技術(shù)和分解爐高強(qiáng)還原燃燒控制技術(shù),可實(shí)現(xiàn)脫硝綜合效率>63%以上,大大降低了NOx排放濃度和排放總量,降低了氨水用量和脫硝成本。

        實(shí)踐證明,窯尾煙氣脫硝改造技術(shù)相對成熟,也是目前進(jìn)一步降低NOx排放的有效途徑。窯尾煙氣脫硝改造技術(shù)在不影響水泥窯原有工藝運(yùn)行基礎(chǔ)上,通過建立高強(qiáng)還原區(qū)有效降低了NOx排放,且實(shí)現(xiàn)了在不增加氨水消耗的條件下NOx排放<100mg/m3的控制指標(biāo),經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效果改善明顯?!?/p>

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