技术 | 水泥窑氮氧化物超低排放改造
摘要：随着环保形势的变化对水泥工业大气污染物排放要求越来越高，尤其是对氮氧化物的排放提出更高要求，近年来多地明确要求推进重点企业开展超低排放改造，在基准氧含量10%的条件下，氮氧化物排放浓度不高于100 mg/m3。通过对现有SNCR系统进行多点位流量控制，实现氮氧化物排放浓度稳定控制在100 mg/m3以下，且氨水单耗同比降低，氨逃逸不超标。
为响应河北省蓝天保卫战三年作战计划（2018~2020年）等相关要求，河北省环保厅近日发布《水泥工业大气污染物排放标准》征求意见稿，意见稿中指出，2018年年底前，在水泥熟料企业试点开展超低排放改造。完成超低排放改造后，水泥窑废气在基准氧含量10%的条件下，颗粒物、二氧化硫、氮氧化物排放浓度要分别不高于10 mg/m3、50 mg/m3、150 mg/m3。2019年推进重点企业开展超低排放改造，2020年完成。
1 生产情况
我公司2500 t/d新型干法水泥生产线，采用五级单系列悬浮预热器带预燃炉系统，脱硝系统采用SNCR工艺，于2014年建成并投入运行，脱硝系统喷枪安装4支，鹅颈管前段2支喷枪，鹅颈管后端2支喷枪，两层喷枪同时进行使用，根据烟筒在线监测数据，系统自动调整氨水用量。在生产过程中由于原材料、系统压力、煤、设备故障等诸多因素影响，预热器温度场反应温度发生变化，原系统未能根据预热器系统温度场的变化精确控制氨水喷入量，导致脱硝反应效率低，氮氧化物难以控制或稳定在排放标准。在排放标准400 mg/Nm3时，可以满足要求，当排放标准降低到100 mg/Nm3以下，出现氨水用量特别大，氨逃逸超标等问题。
2 原因分析
我公司2 500 t/d新型干法水泥生产线控制氮氧化物排放在200 mg/Nm3左右时，吨熟料氨水用量高达9 kg，同时氨逃逸高，氨水没有发挥正常脱硝作用。经对使用的喷枪进行分析，雾化试验，发现喷枪流氨水量大，雾化效果差，喷头容易结皮堵塞。同时对预热器系统进行热工标定，发现喷枪周边温度场不断变化，氨水喷量未能根据温度的变化而自动分配氨水用量。
SNCR管道截面中的流场分布见图1。不同脱硝状态的示意见图2。
3 改造措施
本次改造采用喷枪多温度场控制，系统自行调整不同部位氨水喷入比例，实现脱硝反应最佳温度场和脱硝效率。
具体改造内容：
（1）在鹅颈管后端下行管道及C5出口设置8支小流量喷枪。
（2）加装喷枪集成分配系统，实现氨水用量的精确控制。
（3）优化升级中控计算机控制系统，从喷氨量仅根据排放数据改为根据分解炉出口温度精确控制每层氨水喷量。
（4）同时采用某斜喷式喷枪，提高氨水雾化效果。
改造后SNCR脱硝流程示意见图3。斜喷式喷枪结构见图4。
喷枪采用双流体喷嘴内部混合。喷枪内部管与外部管相连接，外部管通过卡套接头与喷枪套管连接，喷射角度可以在运行期间进行改变。喷枪没有可移动部件，只有外部管是可以活动的。在现场可以通过调节外部管以获得不同的喷雾形式。固定安装的喷枪通过外缠不锈钢的聚四氟乙烯软管向炉内喷射还原剂。
4 改造效果
改造前后氨水单耗及排放数据见表1。
从表1可以看出，改造后氮氧化物排放浓度较改造前降低41 mg/Nm3，氨水单耗降低1.71 kg/t，每月节约氨水用量按120 t计算，节约氨水采购费用120×650=78 000元，年节约费用93.6万元。
按照《河北省环境保护税应税大气污染物和水污染物适用税额方案》三档标准4.8元/当量及《应税污染物和当量值》大气污染物氮氧化物污染当量值0.95 kg计，氮氧化物排放浓度降低41 mg/m3时每日排放量减少41 mg/m3×24 h/d×420 000 m3/h =413 kg/d，每月节约税额4.8×30×413/0.95=6.3（万元），年节约环保税75.6万元。本次改造年节约费用共计169.2万元。
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