引言

水泥行業是傳統高能耗資源型企業，生產中的污染物排放也在我國工業生產中占有較大比例。水泥生產過程中排出的NOx也是水泥行業所排放污染物的重要組成部分。隨著環保形勢日益嚴峻，我國對NOx排放管控也日益嚴格。

中華人民共和國生態環境辦公廳2020年出臺的《重污染天氣重點行業應急減排措施制定技術指南(2020年修訂版)》(環辦大氣函〔2020〕340號)中對水泥行業A級企業績效分級指標要求水泥窯及窯尾余熱利用系統NOx 排放濃度不高于50mg/m3，氨逃逸<5mg/m3。這就要求水泥企業必須通過一系列技術手段降低NOx排放。

目前我國水泥企業常用的脫硝技術分為SNCR(選擇性非催化還原)技術和SCR(選擇性催化還原)技術。我公司某5000t/d新型干法水泥熟料生產線采用SNCR氨水脫硝系統，NOx常規排放值在80mg/m3左右，氨逃逸在100mg/m3左右，為提高公司環保績效管理水平，對該條生產線水泥窯爐煙氣脫硝系統進行升級改造勢在必行。

1.1 改造前工藝狀況

我公司某條設計為5000t/d的新型干法水泥熟料生產線，配套9MW純低溫余熱發電系統，于2009年10月投產運行，采用雙系列五級預熱器，回轉窯規格中4.8m×72m。窯設計產能5000t/d，窯尾煙室NOx在1500~1600ppm，氨水用量大，成本非常高。2019年年底大修后，地方政府要求NOx排放濃度控制<100mg/m3時，氨水用量在1.2m3/h，嚴重影響熟料成本費用。

1.2 存在的問題

該生產線原來NOx脫硝系統由氨水儲存罐、氨水泵、流量閥、管道、分解爐中上部均勻分布的6根氨水噴槍組成。未對預熱器分解爐部位分煤、分風、分料等方面進行改造，脫硝效率偏低，氨水噴入量過高。

具體表現為：

(1)在回轉窯產量未增加的情況下，不斷增加氨水用量來降低窯尾煙筒排放的氮氧化物含量控制在100mg/m3以內時，氨水的用量由正常使用的0.72m3/h增加到1.2m3/h以上。

(2)隨著氨水用量的增加，窯尾煙筒排放的氨逃逸率由正常的5.8mg/Nm3增加到15.3mg/Nm3，說明部分氨水沒有發揮出其真正的脫硝作用。

(3)原料磨的低效運轉時間延長，當一臺原料磨停機時，NOx排放數值難以控制，對此回轉窯只能進行大幅度的減料運行。

為保證回轉窯的正常運行，只能延長原料磨的運行時間，保持兩臺原料磨的低效率運行，來穩定窯尾NOx的排放，導致生產成本上升。

實測窯尾煙室NOx含量為1500~1600ppm，分解爐鵝頸管為中6.72m，氨水噴槍均勻地分布在鵝頸管下部，距離Cs旋風筒進口管道約10m。當NOx含量由原來的300 mg/m3降低至100mg/m3時，通過增加氨水的消耗量與保持兩臺原料磨的低效率運行來控制NOx的有效排放，其主要原因為：現在的氨水噴槍均勻地分布在φ6.72m 的分解爐鵝頸管下部，距離五級旋風筒進口管道約10m的位置上，噴槍插入內部600mm，噴嘴為扇形，該處溫度為900℃，氨水的噴入量為1.2m3/h，氨逃逸率為15.3mg/Nm3。說明在中6.72m的分解爐內部中，氨水不能全面覆蓋到整個分解爐的橫截面，導致部分空間存在脫硝效率不完全的情況發生。同時隨著回轉窯產量的增加，窯內本身出現的熱力型NOx含量就高，如果不將窯內的熱力型NOx含量進行一次還原，那么單純的只依靠分解爐的氨水脫硝，其效果不好。

3.1 采用分級燃燒技術

(1)重新確定分解爐火嘴位置，根據分解爐用煤量確定管道直徑及布局。

(2)將三次風管提高3m左右(原來三次風管位置在分解爐錐體與圓筒連接處，見圖1)，在分解爐爐內下部區域建立還原區，在分解爐噴煤管道位置不變的情況下，將三次風管提高(圖1)，那么就會延長分解爐內部煤粉與三次風的接觸時間，導致煤粉的燃燒時間變緩，當煤粉不能及時燃燒的情況下，就會形成一部分CO，該部分CO與窯內出現的NOx相結合，能有效降低熱力型NOx的含量，提高分級燃燒脫硝效率。

圖1 三次風管抬高圖

(3)更換C₄下料管翻板閥和入分解爐部位的撒料箱，目的是有效地控制還原區溫度。不管是更換翻板閥還是更換撒料箱，其目的均在于提高入爐物料分散效率，使其物料能夠均勻地在分解爐內進行分解，減少成團物料的出現，只有均勻的物料分布才能降低分解爐內的高溫區出現，才能使物料與氨水得到較好接觸。

改造后，在入窯分解率穩定保持在93%以上的情況下，分解爐出口溫度由875℃降低到870℃，C₅出口溫度由870℃降低到862℃，分解爐出口CO濃度由1500ppm降低到500ppm以下，分解爐用煤量也略有降低。窯尾NOx也降至450mg/Nm3左右。

3.2 實施SCR技術改造

SCR系統布置于C₁和余熱發電窯尾鍋爐之間，并設置旁路管道。拆除現有增濕塔，利用增濕塔框架建設SCR反應器。拆除增濕塔的同時新配套煙道增濕降溫系統，以補足增濕塔拆除后的煙氣降溫需要。煙氣從預熱器一級出口匯總管道引至脫硝反應器，后經管道回發電窯尾鍋爐進口。SCR反應器進出口設有電動閥門和旁路管道，在SCR系統臨時檢修或異常高溫時可通過旁路而不影響原系統正常運行。其工藝圖如圖2所示。

圖2 SCR技術改造工藝圖

SCR系統聯合原有SNCR系統形成SNCR+SCR脫硝系統。利用SNCR系統將NOx降低到450mg/Nm3左右，剩余的氨氣和煙氣通過SCR脫硝系統后，NOx從450mg/Nm3降低到50 mg/Nm3以下，最終實現NOx超低排放，同時保證氨逃逸≤5mg/Nm3。且噸熟料氨水用量由原來的1.2m3/h 降低至0.4m3/h。

通過分級燃燒技術改造，可以有效降低分解爐出口CO值，在控制分解率不變的情況下，降低分解爐和C；出口溫度，降低分解爐用煤，且窯尾NOx有明顯降低。通過SCR脫硝技術改造，NOx含量從450mg/Nm3降低到50mg/Nm3以下，最終實現NOx超低排放，同時保證氨逃逸≤5mg/Nm3。通過以上改造，NOx排放濃度、氨逃逸濃度、噸熟料氨水消耗已達目標值。

作者：張明重1，李玉軍1，劉彥偉2

企業：《1唐山冀東水泥股份有限公司；2唐山冀東水泥股份有限公司唐山分公司》

來源：《中國水泥》

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