水泥窑烟气脱硝工艺改造常见影响因素分析
水泥 河南汇金智能装备有限公司 史吉强，袁虎 2022-07-28
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摘要：本文主要针对水泥窑烟气脱硝窑尾烧成系统工艺改造后系统的运行情况、可能出现的一些实际问题及解决措施进行分析讨论。对可能影响改造效果的一些原因，如实际使用氨水浓度、氨水喷枪的位置及喷射方式、喷枪的实际雾化效果、系统工艺操作参数的调整、煤粉的输送及尾煤燃烧器使用效果等几个方面进行分析。通过对以上问题的分析讨论，从而避免改造后因操作不当或工艺调整不及时而影响烟气脱硝工艺改造的效果。
关键词：烟气脱硝；NOx浓度；氨水用量；煤粉；工艺操作
引言
近几年，随着国家对水泥企业各项环保指标的要求越来越高，NOx作为水泥窑烟气排放的主要污染物之一，各地对其排放浓度控制指标的要求也越来越严格。其指标从前几年各地普遍控制在400mg/m3以内,逐渐提升为100mg/m3以内。水泥企业为降低NOx排放浓度，很多水泥熟料生产线都对窑尾烧成系统进行了系统的脱硝工艺改造，其改造方式主要是对三次风管、窑尾送煤管道及燃烧器、四级下料管分料及落料点、氨水喷射位置及喷射方式等进行改造。其目的就是在分解炉锥体建立局部还原区，还原窑内煅烧产生的NOx，以降低NOx排放浓度，节约氨水用量。
水泥窑进行烟气脱硝窑尾烧成系统工艺改造后，较改造前，其操作方式也会相应地发生变化。如改造后使用操作不当，也会造成还原效果降低，氨水用量增加的情况，甚至有些厂会出现系统易结皮，影响系统工艺稳定的情况。
本文结合一些生产线的实际运行情况，对水泥窑烟气脱硝窑尾烧成系统工艺改造后的常见问题进行简要总结，并提出一些解决措施，希望能给读者提供一些调整思路。
1.氨水浓度对氨水用量的影响：
当前大部分水泥熟料线脱硝所用氨水浓度都在20%左右。如在水泥窑生产运行中，工艺系统未发生较大变化的情况下，氨水用量突然增加，应首先排查所使用的氨水浓度是否发生变化。在实践中发现，当氨水浓度由20%降低到17%时，氨水用量可能会增加30-50%；同样，当氨水浓度由20%提高到23%时，氨水用量可能会降低20-30%。在我国北方某5000T/D熟料线实验时曾发现，当NOx控制指标在100mg/m3以内不变的情况下，氨水浓度由20%提高到23%时，氨水用量由原来的900L/H，降低到650L/H，节约氨水效果显著。
过高的氨水浓度对其运输与储存的要求也更为严格，各企业可根据自身情况合理选择，但在使用中应首先确保实际使用氨水浓度不小于20%。
2.氨水喷枪安装位置、喷射方式及雾化效果对氨水用量的影响：
氨水喷枪的安装位置、喷射方式及其实际雾化效果对氨水的反应效率影响很大。结合我司实际改造经验，氨水喷枪安装位置的不同会对氨水的用量产生较大的影响。我司实际推广的分体计量项目，就是仅对氨水喷枪的安装位置、喷射方式及其实际雾化效果进行改造优化，就可达到节约氨水用量15-30%的效果。
为提高氨水与NOx的反应效率，节约氨水用量，在实际应用中一般会在五级旋风筒及分解炉出口等不同位置安装氨水喷枪，喷枪的形式采用长短喷枪相结合的方式。运行调试过程中会对不同喷射点的喷枪进行组合使用，采取多点喷射，以期达到最理想的效果。
HNHJ-Q16氨水喷枪外形示意图
对于当前NOx超低排放的环保要求，在烟气脱硝窑尾烧成系统工艺改造的基础上，如想进一步降低NOx排放浓度，或进一步节约氨水用量，降低氨逃逸，对系统进行精准脱硝改造就显得更有必要。
3.工艺操作对脱硝效果及系统稳定性的影响：
水泥窑进行烟气脱硝窑尾烧成系统工艺改造后，其系统将更加敏感，这就要求工艺技术人员对系统的操作和调整要更加及时、更加有针对性。改造后为充分发挥还原区的作用，应适当提高三次风管闸板的开度，降低窑内用风量，保持烟室氧含量在3%以内。这样将有利与还原区的创建，同时增加三次风的使用，也会使还原区产生的各类还原剂在富氧的三次风下迅速、充分地消耗。
与未改造前相比，分解炉锥体还原区的建立使之反应环境更为复杂，应在该区域加装1-2个测温点，实时监控其温度变化。该区域为贫氧燃烧区，有大量煤粉在其中分散悬浮，受窑内通风量及烟室氧含量的变化及煤粉燃烧特性的影响，该区域温度变化较大。一般为保证还原效果，同时避免锥体结皮，该区域温度一般应控制在900-1000℃，如该区域温度长时间超过1050℃，则应考虑增加该区域的生料分料量，用较低温度的生料吸收还原区过高的温度；或减少该区域的分煤量，分一部分煤粉到三次风管附近，以降低该区域的温度；也可以尝试适当开大三次风管闸板开度，减少窑尾氧含量，以降低该区域的氧含量。
4.煤粉的输送及窑尾燃烧对脱硝效果的影响：
煤粉作为烟气脱硝还原剂的来源，也是系统热能的来源，其对整个热工系统的作用不言而喻。煤粉输送的稳定，是热工制度稳定的基本要求。进行烟气脱硝改造时应首先根据系统用煤量、当地自然环境（主要是海拔的影响），所用煤粉特性等条件，计算合理的送煤管道规格，确定煤粉输送气固比。
送煤压力是煤粉输送量的直观体现，送煤压力的波动会对系统的负压造成很大的影响，使还原区内的气流随之波动，影响还原效果。此外，送煤量的波动还容易造成系统煤粉燃烧不完全，产生大量的CO，且产生的CO会随系统负压的波动迅速排出系统，一方面造成系统能耗的增加，另一方面CO在系统中过量的产生也会抑制氨水与NOx的反应，降低氨水的反应效率，造成在系统NOx生产量没有明显增加的情况下，氨水用量的增加。因此，改造后要排除造成送煤风压波动的影响因素，以保证煤粉输送的稳定性。
此外，进行烟气脱硝改造后，为保证系统脱硝效果，大部分尾煤甚至全部尾煤将在分解炉锥体底部进行喷射，这就对窑尾燃烧器的要求更高。较改造前在三次风入口附近进行尾煤喷射相比，烟气脱硝改造后尾煤燃烧器要有更好的煤粉分散效果，以使煤粉能在相对较小的环境中进行快速均匀的分散，使煤粉悬浮于整个空间，避免煤粉局部富集产生高温或结块。我司脱硝改造会根据实际送煤压力、送煤量、煤质特性等情况，采用自主研发的烟气脱硝专用窑尾燃烧器，其内部会加装旋流器，利用输送煤粉的压力使煤粉迅速分散燃烧。经仿真模拟试验，脱硝专用旋流扩散窑尾燃烧器较传统普通窑尾燃烧器，煤粉分散速率能增加一倍以上，更适合在烟气脱硝改造中使用。
5.其他因素的影响：
不同水泥熟料生产线，受制于所用原燃材料的情况、系统自身的原因、工艺管理现状、主机设备存在的一些问题等因素，造成系统NOx的生成量和氨水用量有很大的差别。因此，在烟气脱硝工艺改造时需要对这些问题统筹考虑，制定合适的改造方案。在对系统进行改造后，也要根据生产线的实际情况，对系统进行专业的调试，对原工艺参数作出相应的调整，重新优化，建立一套稳定的工艺参数。
结束语：
烟气脱硝窑尾烧成系统工艺改造能够通过在分解炉锥体建立还原区，降低系统40-50％的NOx，从而达到降低烟气排放中NOx浓度、节约氨水用量的效果，因此在很多水泥熟料生产线中得到了广泛的应用。为最大限度地发挥改造的效果，应在改造前充分了解、分析生产线的运行现状，进行专业的技术改造设计。
进行烟气脱硝工艺改造后，应配合专业的调试人员，对原有工艺操作参数进行系统的优化调整，优化氨水喷枪的使用；控制还原区的温度及尾煤在分解炉中的燃烧情况；合理调整C4分料阀开度，控制物料进入上下部撒料盒的比例；对系统的用风也要相应地调整，做到既能在还原区建立起稳定的还原气氛，又能保证煤粉最终在系统内实现完全燃烧的效果。只有专业的技术改造设计与完善的运行调试相结合，才能最大限度地发挥烟气脱硝工艺改造的作用。
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