宿州海螺水泥窑NOx超低排放工业实践探究

摘要：为进一步降低水泥窑NOx排放量,选择宿州海螺2号窑作为工业实践探究对象。通过优化煤质、调整氨水喷枪类型及位置、优化操作的方式,最终将NOx排放浓度控制在100 mg/m³以内,熟料生产成本上升1.06元/吨。实践证明:燃煤中氮含量低,系统产生的NOx会显著减少;改善喷枪雾化效果、优化喷枪位置脱硝效果得到明显提高;对分解炉上下部分煤比例进行调整,增大分解炉锥部用煤量,可使分解炉锥部形成还原区。

0 引言

水泥生产过程中产生的污染物主要有粉尘、二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NOx)等。其中NOx排放总量仅次于火力发电和汽车尾气NOx排放量，是NOx排放第三大来源，占全国NOx排放总量的10%～12%。NOx对人体及环境的危害是多方面的，在太阳紫外线照射下NOx与碳氢化合物产生光化学烟雾、造成酸雨、降低大气可见度水泥生产过程中NOx主要源于熟料煅烧过程中煤粉的燃烧，其中NO占NOx排放总量的90%以上。煤粉燃烧过程中产生的NOx分为热力型、燃料型和快速型三种。水泥在煅烧过程中产生的NOx主要是热力型和燃料型两种。快速型NOx所占比例较少，基本可以忽略不计。燃料型NOx约占NOx排放总量的60%～90%。

1 工业实践探究

本次工业实践探究在理论研究的基础上，着力于降低生成过程中热力型与燃料型NOx的生成量。选取宿州海螺4 500 t/d预分解窑（2号窑）作为试验对象。整个过程分为两个阶段，选择20%氨水作为SNCR脱硝用还原剂。正常运行过程中，使用SNCR脱硝技术， 窑尾NOx排放浓度控制在200mg/m3以内有一定的难度。为满足日益严格的环保要求，本次试验分两个阶段进行，第一阶段窑喂料稳定在360t/h左右时，窑尾NOx排放浓度可控制在100 mg/m3以内。在第一阶段试验结果的基础上进行了第二阶段试验，同样将窑尾NOx排放浓度控制在100mg/m3以内，窑喂料量稳定在395 t/h左右。

1.1 第一阶段试验

1.1.1 调整措施

（1）通过正常生产运行的生产指标对比分析后，选择氮含量为0.81%，灰分为22%左右的煤作为试验过程中煅烧熟料所用燃煤。

（2）对窑、磨系统的漏风情况进行系统性检查处理，减少系统漏风量，降低窑尾排放废气中氧含量。

（3）窑喂料360 t/h，稳定窑内煅烧，保障水泥熟料质量合格；

（4）对脱硝系统优化调整，将氨水喷枪布置在C5A、C5B旋风筒锥部进行试验，提高脱硝效率；

（5）将扁口喷枪和六孔喷枪更换为八孔喷枪，提高雾化效果。

1.1.2 第一阶段调整结果

第一阶段调整前后生产指标对比情况如表1所示： 12月9日至12日试验期间窑尾NOx排放浓度均能控制100 mg/m3以下（平均72.93 mg/m3），较试验前（11月11日～18日）NOx排放浓度平均值下降128 mg/m3。与试验前相比熟料台时下降27.2 t/h，标准煤耗上升4.28 kg/t，熟料工序电耗上升2.18 kWh/t，吨熟料氨水消耗上升0.96 L/t。

第一阶段工业实践将NOx排放量控制在100 mg/m3以内，达到了实践之前设定的目标，但由于回转窑一直处于低产运行，窑产能未得到有效发挥，各项生产指标大幅度下滑，影响企业生产效益。在第一阶段试验的基础上进行了第二阶段NOx超低排放试验。

1.2 第二阶段试验

由于S N C R 脱硝反应的温度区间在850~1150 ℃，而目前我公司悬浮预热器C5旋风筒内的温度一般维持在850 ℃以上，符合SNCR反应温度区间。此外为了保证还原剂与NOx有足够的反应时间得到更佳的NOx脱除率，选择C5锥部作为氨水喷入点。与此同时增加C5锥部氨水喷入点数量使还原剂与NOx能够在更短的时间内充分接触。为了降低窑内热力型NOx的产生量，适当降低窑内温度，减少窑头煤用量，并对原有的分级燃烧进行调整。

1.2.1 调整措施

（1）在保持喷入氨水总量不变的情况下，将原C5筒锥部4杆喷枪分为8杆喷枪进行重新优化布设。喷枪布置情况为：在分解炉上部布置2杆喷枪，C5A、C5B锥部各3杆喷枪；同时将原C5筒出口2杆喷枪分成4杆移至C5筒锥部，目前系统共14杆喷枪投用（C5A、C5B锥部各5杆喷枪，分解炉4杆）。

（2）将窑喂料量逐步加到395 t/h左右并保持稳定，在保障水泥熟料煅烧质量的前提下，适当减少窑头用煤量。

（3）增大三次风闸板开度，调整篦冷机用风。

（4）将分解炉分级燃烧由原有比例锥部用煤∶中部用煤由7∶3调整为9∶1。

1.2.2 第二阶段调整结果

第二阶段调整后生产指标情况如表2所示：12月13日～15日试验期间窑尾NOx排放均能控制在100 mg/m3以下（平均79.34 mg/m3），较试验前（11月11日～18日）下降121.6 mg/m3，熟料台时下降3.23 t/h，标准煤耗上升0.52 kg/t，熟料工序电耗上升0.71 kWh/t，氨水消耗上升0.54 L/t。

2 生产成本测算

2.1 环保税测算分析

从表3可以看出：11月11日～18日NOx按照低于特别排放限值30%进行控制（即折算浓度220 mg/m3），NOx折算浓度平均为215.98 mg/m3，在12月9日～15日试验期间NOx折算浓度平均为75.78 mg/m3，较试验前下降140.2 mg/m3。

NOx超低排放工业实践期间NOx日均排放量为714.15 kg，日应缴纳环保税902.09元，较试验前降低2 365.88元。根据环保税优惠政策征收要求，按照NOx超低排放试验期间排放量测算环保税日需缴纳451.04元，较试验前降低1 999.93元。每吨熟料缴纳环保税较试验前节约0.33元/吨。

2.2 吨熟料生产成本测算

按照原煤价格619元/t（不含税），平均电价0.625元/kWh，氨水价格628.9元/t（不含税）进行测算，在熟料台时下降3.23 t/h，标准煤耗上升0.52 kg/t，熟料工序电耗上升0.71 kWh/t，氨水消耗上升0.54 L/t，环保税下降0.33元/t的情况下，吨生产熟料生产成本上升1.06元。

3 结果分析

（1）煅烧熟料所用的燃煤中氮含量低，系统产生的NOx会显著减少。

（2）改善喷枪雾化效果、优化喷枪位置脱硝效果得到明显提高。这主要是因为雾化效果改善后，增加了氨水液滴与烟气的接触面积，从而提高脱硝效率．减少氨水耗量。同时，优化喷入氨水位置可以让脱硝反应在合适的温度区间进行，并且保障脱硝反应时间、降低系统中CO对脱硝效率的影响。

（3）对分解炉上下部分煤比例进行调整，增大分解炉锥部用煤量，使分解炉锥部形成还原区；煤粉的不完全燃烧以及分解炉内CaCO3分解产生大量的CO2与未燃尽的煤焦发生反应：C+CO2→CO，产生CO，在金属氧化物的催化作用下，发生异相还原反应将NO还原成N2，降低了系统NOx的排放量。

（4）通过实践调整，4 500 t/d水泥窑NOx排放浓度能有效控制在100 mg/m3以下，但熟料成本上升了1.06元/t，这主要还是因为NOx超低排放期间的喂料量比正常运行时低，一定程度上限制了窑的产能的发挥。