【導(dǎo)讀】魚峰水泥股份有限公司。1#、2#、3#、4#生產(chǎn)線脫硝技改工程

　　

【正文】 熟料生產(chǎn)線（ 4線），并于 2020 年 10 月 15 日一次點(diǎn)火成功，至此，公司的水泥生產(chǎn)能力達(dá)到 450 萬噸 /年以上。 煙 氣排放情況 廣西魚峰水泥股份有限公司 三 條水泥 熟料 生產(chǎn)線回轉(zhuǎn)窯煙氣排放情況 依據(jù)環(huán)保驗(yàn)收數(shù)據(jù)和生產(chǎn)線的自動(dòng)監(jiān)測數(shù)據(jù)， 見表 。 表 水泥 熟料生產(chǎn)線 窯尾 煙氣排放情況表 主要工藝與生產(chǎn)參數(shù) 單位 1線 2線 3線 4線 設(shè)計(jì) 熟料 產(chǎn)量 t/d 2020 3200 2500 2500 實(shí)際熟料產(chǎn)量 t/d 2500 3800 2900 2800 燒成系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間 d/y 300 300 300 300 分解爐內(nèi)煙氣溫度 ℃ 870～ 880 870～ 880 870～ 880 870～ 880 分解爐內(nèi)含氧量（ O2） Vol% 出口 NOX排放濃度（ 干基，標(biāo)況， 10%O2） mg/Nm3 700 640 700 800 出口煙氣流量（標(biāo)態(tài)，10%O2，濕基） Nm3/h 280000 400000 310000 320200 17 目前， 廣西魚峰水泥股份有限公司 尚未對其 生產(chǎn)線的 熟料燒成窯采取低氮燃燒和 脫硝 措施，熟料煅燒過程中 NOx 的產(chǎn)生量較大，直接排放至大氣中，對區(qū)域大氣環(huán)境質(zhì)量造成一定的影響。 因此對該熟料生產(chǎn)線配套脫硝工程符合 《 國家環(huán)境保護(hù)“十二五”規(guī)劃》 、 《關(guān)于“十二五”節(jié)能減排綜合性工作方案的通知》 、《水泥工業(yè)十二五發(fā)展規(guī)劃》 的要求，對 柳州 市 “十二五”節(jié)能減排目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)具有重要意義。 18 第五章 項(xiàng)目技術(shù)方案 選擇 脫硝 工藝的選擇 水泥生產(chǎn)線的原理與特點(diǎn) 水泥生產(chǎn)線 工藝流程大致分為： 生料制備；熟料煅燒和 水泥 粉磨。 （ 1）生料制備 生料制備包括配料計(jì)算和原料加工制備。水泥原材料主要是石灰石、粘土和少量鐵礦粉等或其他校正材料，按水泥品種和原材料的化學(xué)成分、計(jì)算出配合比例。經(jīng)過破碎、干燥、粉碎、均化等工序，制備成質(zhì)量均勻的粉狀生料。 （ 2）煅燒 生料經(jīng)煅燒，產(chǎn)生一系列的物理和化學(xué)變化，生成熟料。煅燒是影響水泥質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。對煅燒過程簡述如下： ① 生料的烘干和脫水：生料以石灰石和粘土為主，粘土中的主要礦物是高嶺石（ Al2O3﹒ 2SiO2﹒ 2H2O）和蒙脫石（ Al2O3﹒ 4SiO2﹒ 9H2O） 。高嶺石受熱，在 300℃ 以下失去機(jī)械結(jié)合水；在 450600℃ 失去結(jié)晶水，變?yōu)槠邘X石（ Al2O3﹒ 2SiO2），進(jìn)一步再分解為無定形的新生態(tài) SiO2和 Al2O3。 Al2O3﹒ 2SiO2﹒ 2H2O ??? ?? ? C0600450 Al2O3﹒ 2SiO2+2H2O↑ Al2O3﹒ 2SiO2 ? ?? Al2O3+2SiO2 ② 碳酸鹽分解 ： 溫度升高到 600℃ 以上 ， 碳酸鹽開始分解 ， MgCO3在 750℃ 左右迅速分解 ， CaCO3 在 900℃ 以上迅速分解 ， 到 1000℃ 左右分解結(jié) 束。該分解是重要的耗熱過程。 MgCO3 ??? ?? 左右C0700 MgO+ CO2↑ 19 CaCO3 ??? ?? 左右C0910 CaO+ CO2↑ ③ 固相反應(yīng)：由于粘土和碳酸鹽的分解，產(chǎn)生了單獨(dú)存在活性強(qiáng)的SiO Al2O Fe2O CaO 等氧化物。隨溫度升高它們在固體微粒表面、靠離子振動(dòng)，相互交換進(jìn)行固相反應(yīng)。其多級反應(yīng)式如下： 800900℃ ： CaO+Fe2O3 ? ?? CaO﹒ Fe2O3 CaO+Al2O3 ? ?? CaO﹒ Al2O3 9001000℃ ： 3（ CaO﹒ Al2O3） + 2CaO ? ?? 5CaO﹒ Al2O3 2CaO+SiO2 ? ?? 2CaO﹒ SiO2 CaO﹒ Fe2O3+ CaO ? ?? 2CaO﹒ Fe2O3 10001200℃ ： 5CaO﹒ 3Al2O3+4CaO ? ?? 3（ 3CaO﹒ Al2O3） 5CaO﹒ 3Al2O3+3（ 2CaO﹒ Fe2O3） +CaO ? ?? 3（ 4CaO﹒ Al2O3﹒Fe2O3） ④ 熟料燒成：溫度進(jìn)一步升高到 1300℃ 左右時(shí)， C3A 與 C4AF 熔融，物料中出現(xiàn)液相。 CaO、 2CaO﹒ SiO2（ C2S）溶于液相，進(jìn)一步生成 3CaO﹒ SiO2（即 C3S）： 2CaO﹒ SiO2+CaO ? ?? 3CaO﹒ SiO2 在實(shí)際生產(chǎn)中，溫度控制在 13501450℃ 范圍內(nèi)，促使反應(yīng)盡可能完全。 ⑤ 熟料冷卻：熟料急速冷卻，可防止水硬性好的 βC2S 轉(zhuǎn)變成幾乎沒 有水硬性的 γC2S；使熔融的 MgO、游離 CaO 以玻璃態(tài)存在于水泥中，改善水泥的安定性，還可以防止熟料礦物結(jié)晶過大，使水泥易水化。 水泥生產(chǎn)線的 NOx排放特點(diǎn) 回轉(zhuǎn)窯是新型干法水泥物料燒成的關(guān)鍵技術(shù)裝備，也是 NOx 的主要來源。煅燒水泥熟料時(shí)生成一氧化氮 NO 的途徑主要有四種，即第一種 20 熱力型 NOx，它是燃料在水泥窯頭 1400℃ 以上燃燒時(shí)會產(chǎn)生大量 NOx；第二種瞬發(fā)型 NOx，它是有碳?xì)涓嬖跁r(shí)，于火焰前端瞬發(fā)形成的 NOx，一般這種瞬發(fā) NO 生成量的比例很??；第三種燃料型 NO，它是由燃料中所含的化學(xué)接合氮 所產(chǎn)生的。第四種生料型 NOx，它是由窯喂料中含氮的化合物分解后而形成的 NOx，例如 NH4 等。在窯廢氣中 NO2 一般僅占NO+NO2總量的 5％以下， NO 則占總量的 95％以上。 在我國新型干法水泥回轉(zhuǎn)窯上常用的 NOx 控制技術(shù)主要有以下幾種：一是優(yōu)化窯和分解爐的燃燒制度；二是改變配料方案，摻用礦化劑以求降低熟料燒成溫度和時(shí)間，改進(jìn)熟料易燒性；三是采用低 NOx 的燃燒器；四是在窯尾分解爐和管道中的階段燃燒技術(shù)。然而，即使把上述四種措施全部采用起來，事實(shí)上水泥窯的 NOx 排放也很難達(dá)到 500mg／Nm3以下。采用選擇性非催 化還原（ SNCR）脫硝法或選擇性催化還原（ SCR）脫硝法進(jìn)一步降低 NOx排放的措施是一個(gè)非常有效的降低 NOx排放的途徑。 隨著我國環(huán)境保護(hù)法規(guī)的完善，環(huán)境保護(hù)力度的加大，水泥廠 NOx排放控制將不可避免的成為環(huán)保控制的主要指標(biāo)，因此降低水泥廠氮氧化物的排放，對新建水泥廠的實(shí)施和現(xiàn)有水泥廠家的持續(xù)發(fā)展具有深遠(yuǎn)的意義。 氮氧化物控制技術(shù) 對氮氧化物的污染控制，人們做了大量研究工作，并形成了許多應(yīng)用技術(shù)。這些技術(shù)主要分為兩種：低 NOx 燃燒技術(shù)和煙氣脫硝技術(shù)。低 NOx 燃燒技術(shù)主要包括低過量空氣燃燒 、空氣分級燃燒以及煙氣再循環(huán)等。煙氣脫硝技術(shù)主要包括：選擇性催化還原煙氣脫硝 (SCR)、選擇性非催化還原 (SNCR)煙氣脫硝等。 21 低氮燃燒技術(shù) 在燃燒中控制 NOx 產(chǎn)生量的技術(shù)即為低 NOx 燃燒技術(shù)，為了控制燃燒過程中 NOx 的生成量，所采取的措施原則為：（ 1）降低過量空氣系數(shù)和氧氣濃度，使煤粉在缺氧條件下燃燒；（ 2）降低燃燒溫度，防止產(chǎn)生局部高溫區(qū)；（ 3）縮短煙氣在高溫區(qū)的停留時(shí)間等。 目前低 NOx 燃燒技術(shù)主要有低 NOx 燃燒器（ Low NOx Burner, LNB）、空氣分級燃燒（ Overfire Air, Air Staging）、燃料分級燃燒（ Fuel Staging）和煙氣再循環(huán)。 低 NOx 燃燒器（ Low NOx Burner, LNB） 絕大部分的燃料型 NOx 是在煤粉著火的階段生成的，改變?nèi)紵鹘Y(jié)構(gòu)來改變?nèi)紵绞浇档?NOx 的生成是非常實(shí)用的脫硝方法。據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，低 NOx 燃燒器技術(shù)一般可以降低 35%的氮氧化物。相對于傳統(tǒng)的燃燒方式，低 NOx 燃燒器是通過時(shí)間上延遲燃料、空氣的混合，在空間上隔離燃料、空氣的過早充分接觸，以營造一個(gè)富燃料、缺氧的燃燒環(huán)境。這樣推遲了氧氣的供給，會 延遲焦炭的燃盡，造成火炬拉長，峰值溫度低，再加上這種長火焰對外輻射散熱的面積大，整體的溫度低，減少熱力型 NOx 的生成。 空氣分級燃燒 燃燒區(qū)的氧濃度對各種類型的 NOx 生成都有很大影響。當(dāng)過量空氣系數(shù) a1，燃燒區(qū)處于“貧氧燃燒”狀態(tài)時(shí)，對于抑制在該區(qū)中 NOx的生成量有明顯效果。根據(jù)這一原理，把供給燃燒區(qū)的空氣量減少到全部燃燒所需用空氣量的 70％左右，從而即降低了燃燒區(qū)的氧濃度也降低了燃燒區(qū)的溫度水平。因此，第一級燃燒區(qū)的主要作用就是抑制 NOx的生成并將燃燒過程推遲。燃燒所需的其余空氣則通過燃燒器上面的 燃盡風(fēng)噴口送入爐膛與第一級所產(chǎn)生的煙氣混合，完成整個(gè)燃燒過程。 設(shè)計(jì)良好的空氣分級燃燒系統(tǒng)可將氮氧化物的濃度降低 40%以上， 22 而且基本沒有運(yùn)行費(fèi)用，是目前現(xiàn)役脫硝改造工程中應(yīng)用最為廣泛的技術(shù)。 燃料分級燃燒 燃料分級燃燒技術(shù)，分為三個(gè)燃燒區(qū)：首先將 80%~85%的燃料燃料通過燃燒器送入爐膛主燃區(qū)進(jìn)行燃燒，這個(gè)燃燒區(qū)過量空氣系數(shù)較高（α 1），燃燒中生成大量的 NOx。其余 15%~20%的燃料做為還原劑在主燃燒器的上部某一合適位置噴入形成再燃區(qū)，這個(gè)區(qū)域過量空氣系數(shù)小于 1， NOx 在再燃區(qū)很難生成。再燃燃料通過 燃燒形成還原性氣氛，將主燃區(qū)煙氣中的 NOx 在再燃區(qū)還原成 N2。再燃區(qū)上方布置燃盡風(fēng)以形成燃盡區(qū)，保證再燃區(qū)出口的未完全燃燒產(chǎn)物燃盡。再燃技術(shù)形成的再燃區(qū)有著較為穩(wěn)定的還原性氣氛，煙氣在還原區(qū)的停留時(shí)間較長，這些條件都有利于 NOx 的還原。一般可使 NOx 排放質(zhì)量濃度降低30%~50%。 煙氣再循環(huán) 煙氣再循環(huán)技術(shù)是在鍋爐的空氣預(yù)熱器前抽取一部分低溫?zé)煔庵苯铀腿霠t內(nèi)，或與一次風(fēng)混合，或與二次風(fēng)混合，然后送到入爐內(nèi)。這樣不但可以降低燃燒溫度，而且也降低了氧濃度，而且可以降低 NOx的排放濃度。 煙氣再循環(huán)法降低 NOx 排放的效果與燃料品種、煙氣再循環(huán)率有關(guān)。通常 NOx 的降低率隨著煙氣再循環(huán)率的增加而增加。當(dāng)煙氣再循環(huán)率較高時(shí)，燃燒會趨于不穩(wěn)定，不完全燃燒熱損失會增加，因此火電廠鍋爐的煙氣再循環(huán)率一般控制在 10~20%左右。 NOx 排放量能降低20%，降低幅度是比較低的。 這一方法比較適合大型鍋爐機(jī)組。 選擇性催化 還原 (SCR)脫硝技術(shù) SCR 脫硝 原理 選擇性催化還原（ Selective Catalytic Reduction， SCR）， 是利用還原 23 劑在催化劑作用下有選擇性與爐窯中的氮氧化物 (主要是 NO 和 NO2)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生產(chǎn)氮?dú)夂退?，從而減少煙氣中氮氧化物排放的一種脫硝工藝。 SCR 脫硝技術(shù)的原理如下： 4NO+4NH3+O2→ 4N2+6H2O 4NH3+2NO2+O2→ 3N2+6H2O NO2+NO+2NH3→ 2N2+3H2O 工藝流程 在窯尾預(yù)熱器和增濕塔之間增設(shè)一個(gè) SCR 反應(yīng)塔，將預(yù)熱器的廢氣由該反應(yīng)塔上部導(dǎo)入，與噴入塔內(nèi)的氨水或尿素等還原劑相混合，借助反應(yīng)塔內(nèi)多層催化劑的催化作用，確保脫氮反應(yīng)更充分地完成，催化劑由 V2O W2O3 等活性組分制成。 選擇性非催化還原 (SNCR)脫硝技術(shù) SNCR 脫硝 原理 選擇性非催化還原（ Selective NonCatalytic Reduction，以下簡寫為SNCR）技術(shù)是一種成熟的 NOx 控制處理技術(shù)。 SNCR 方法主要在 900～1050℃ 下，將含氮的化學(xué)劑噴入貧燃煙氣中，將 NO 還原，生成氮?dú)夂退?，從而減少煙氣中氮氧化物的排放 。 在 950℃ 左右溫度范圍內(nèi)， 主要的化學(xué)反應(yīng)為： 氨為還原劑： 4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O 當(dāng)溫度過高時(shí)，會發(fā)生如下的副反應(yīng)，又會生成 NO： 4NH3+5O2→4NO+6H2O 當(dāng)溫度過低時(shí)，又會減慢反 應(yīng)速度，所以溫度的控制是至關(guān)重要的。 該工藝不需催化劑，但脫硝效率不高，高溫噴射對鍋爐受熱面安全有一定影響。 工藝流程 24 在分解爐的中下部噴入氨水或尿素等溶液，使之與煙氣中的 NOx 化合，并將其還原成氮?dú)夂退＿@樣就可較大幅度地削減 NOx 的排放，削減效果達(dá) 30％～ 75％， NO2排放濃度可降到 200～ 500mg／ Nm3。氨水儲存罐的氨水經(jīng)過過濾器后，通過氨水添加泵送入分解爐 ,出添加泵的溶液經(jīng)過濾后進(jìn)入流量調(diào)節(jié)閥和流量計(jì) ,經(jīng)計(jì)量的溶液進(jìn)入噴嘴 ,在噴嘴內(nèi)與壓縮空氣混合 ,霧化后噴入分解爐內(nèi)。噴嘴位置在分解爐中部 ,有 多個(gè)噴嘴。其關(guān)鍵技術(shù)是噴嘴位置的確定，確定噴嘴位置主要考慮設(shè)備內(nèi)部的氣體溫度。噴嘴的結(jié)構(gòu)和噴嘴的質(zhì)量是 SNCR 噴射的技術(shù)關(guān)鍵。 由于分解爐的溫度區(qū)間非常符合 SNCR 的反應(yīng)溫度窗，加上分解爐的結(jié)構(gòu)保證了還原劑在其內(nèi)部分的停留時(shí)間（停留 3～ 5s，遠(yuǎn)大于反應(yīng)所需時(shí)間），脫硝效果顯著，一般窯爐可達(dá)到 60%甚至以上的脫硝效率。但達(dá)到良好的反應(yīng)效果的條件較為苛刻，且每條生產(chǎn)線都具有其獨(dú)有的特性（即使是同期同技術(shù)同設(shè)計(jì)的兩條線），所有必須在前期進(jìn)行專業(yè)的診斷和收集基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，以保證良好后期脫硝效果。 脫硝技術(shù)的 比選 SCR 脫硝技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn) （ 1）優(yōu)點(diǎn)： SCR 脫硝技術(shù)是一項(xiàng)頗具潛力的先進(jìn)實(shí)用技