技术丨分解炉及氮氧化物超低排放升级改造

摘要：本文结合河南南阳某3 300 t/d水泥生产线的工程实例，将配置为单系列五级预热器+MFC离线型分解炉组成的预分解系统进行升级改造，改造成在线型管道式分解炉，提升系统产量至4 300 t/d，降低能耗。在预分解系统升级改造的同时进行氮氧化物超低排放的升级改造，将氮氧化物的排放控制在100 mg/Nm3以下。

2009年3月建成投产的河南南阳某3 300 t/d水泥生产线，采用单系列五级旋风预热器+MFC离线型流化床分解炉，该分解炉设置在窑尾烟室的一侧（离线），分解炉内三次风、煤、煤风、流化床风、物料、废气共同组成炉气，炉气与窑气汇入上升烟道后进入C5。为达到提产降耗和降低氮氧化物排放的目的，在分解炉升级改造的同时将分级燃烧脱硝系统一并改造，在提升产量、降低能耗的基础上实现氮氧化物的超低排放。本文着重介绍MFC离线型分解炉升级改造和氮氧化物超低排放改造的方法及改造的效果。每个生产线均有各自的特点，本文介绍的改造方式仅供参考。

1 升级改造前的状况

本项目烧成系统改造之前的基本情况为：生产线海拔230 m，系统产量最高3 900 t/d，熟料热耗3 453 kJ/kg。

1.1 生产线主机配置

烧成窑尾及废气处理：预热器参数为C1：2-Φ5.05 m、C2：1-Φ7.36 m、C3：1-Φ7.66 m、C4：1-Φ7.66 m、C5：1-Φ7.66 m，分解炉参数为：MFC分解炉本体Φ5.65 m，混合室Φ5.76 m，分解炉及混合室总容积1 030 m3。高温风机工况风量520 000 m3/h，全压8 000 Pa，窑尾收尘器风量530 000 m3/h，窑尾排风机工况风量520 000 m3/h，全压4 100 Pa。

烧成窑中：回转窑规格Φ4.3 m×62 m，斜度4.0%，主传转速0.4~4.0 r/min。

烧成窑头及废气处理：篦冷机采用丰斯第四代篦冷机，型号W10L11F8，篦床有效面积93.7 m2，配风量2.1 Nm3/kg。设计产量4 300 t/d，熟料冷却温度95 ℃。熟料输送机型号SCD800×108119 mm，角度39°，熟料输送机的能力190 t/h。窑头袋收尘450 000 m3/ｈ；窑头排风机450 000 m3/ｈ，功率710 kW。

1.2 氮氧化物排放情况

氮氧化物的排放控制采用常规的SNCR选择性非催化还原系统，氨水喷量（氨水浓度20%）800~1 200 L/h，NOx排放在150 mg/Nm3。

2 存在的问题及原因分析

2.1 分解炉系统

（1）产量最高为3 900 t/d，分解炉炉容小、换热时间短，限制了该生产线的提产空间。

（2）熟料热耗较高，标准煤耗基本在118 kg/t左右，距离国家行业准入标准108 kg标煤/t尚有差距，提升空间较大。

（3）分解炉结构形式为MFC离线型分解炉，技术较为落后，系统不稳定，且容积较小约为1 030 m3，较小的炉容→较大的截面风速→原、燃料悬停换热时间较短→煤粉燃烧不完全→煤耗增大→废气中CO含量偏高→生料分解率较低，进一步限制了熟料产量的提升。

（4）C1分离效率较低，出口粉尘浓度较大约180 g/Nm3，分离效率约82.7%，较大的粉尘浓度对热耗及产量影响较大，同时增加了高温风机的负荷，且影响叶片的使用寿命。

（5）煤粉燃烧不完全，分解炉出口CO含量约为6.5%，C1出口CO含量约为0.6%，不完全燃烧产生的热量损失较大。

2.2 氮氧化物排放系统

脱硝成本高，采用SNCR脱硝，控制NOx排放在150 mg/Nm3时，氨水的喷入量为800~1 200 L/h，较大的氨水喷入量导致脱硝成本较高，热耗增大。

3 升级改造目标及解决方案

3.1 升级改造的目标

3.1.1 分解炉系统

（1）系统产量≥4 300 t/d，熟料标准煤耗降低10 kg/t。

（2）将MFC离线型分解炉改造成在线型分解炉，增加分解炉容积到1 650 m3，气体停留时间6 s以上，入窑分解率达到97%。

（3）提高C1分离效率至95%以上。

3.1.2 氮氧化物排放系统

SNCR不运行时NOx排放≤450 mg/Nm3，SNCR运行且氨水喷入量≤600 L/h时NOx排放降至≤100 mg/Nm3。

3.2 升级改造方案

3.2.1 分解炉系统

拆除原有MFC离线型分解炉，将原有上升烟道作为管道式分解炉的一部分，将新增管道式分解炉外挑至预热器框架外，增加旋流器将物料与热气体充分混合后通过下行管道式分解炉进入C5旋风筒。同时将原有的C1旋风筒更换为新型高效低阻的旋风分离器。

分解炉系统改造前后分别见图1和图2。分解炉升级改造前后参数对比见表1。

本文采用的脱硝路线为：分级燃烧+SNCR组成的联合脱硝系统，原有的SNCR脱硝系统在这里不做过多赘述，本文着重讲述分级燃烧系统的改造。

三次风管从分解炉的锥部的上部略向上的部分切向进入分解炉，使三次风管进入分解炉的位置向下至窑尾烟室的顶部，约6.5 m高的距离内形成一个贫氧富碳的还原燃烧区及脱硝区，将窑尾烟室废气中的氮氧化物还原成氮气，从而降低氨水的使用量和氮氧化物的排放量。同时在三次风管即将进入分解炉的位置增加一路管道把部分三次风引入分解炉的中部，进一步扩大分解炉下部的贫氧区域，增加脱硝效率。

保持C4下料口位置不变，在原有分料阀的出口进行改造，将一部分物料引入还原区，另一部分设置在三次风管入口正上方，可有效防止局部温度过高而产生热力型NOx。

将原喷煤点的位置进行调整，共设置两层喷煤点，进行分层燃烧，可有效降低还原区的氧气含量，形成强还原气氛，将NOx还原成N2。

氮氧化物排放系统改造方案见图3。

氮氧化物超低排放改造前后参数对比见表2。

改造过程中要拆除旧的旋风筒内的耐火材料，且C1和C5都需要更换耐火浇注料，上下交错作业，最终在停窑50 d后一次点火成功。

3.3 改造结果

改造后系统喂料量从251 t/h增加到275 t/h，料耗系数按1.51（多年盘库经验料耗）计算，系统产量达到了4 370 t/d。C1出口温度由之前的338 ℃降低至306 ℃，熟料标准煤耗降低至102 kg/t。C1出口的含尘浓度由180 g/Nm3降低到40 g/Nm3，C1旋风筒的收尘效率达到96%。系统氮氧化物排放平均折算值和平均实测值都在70 mg/Nm3，此时SNCR系统的氨水喷量减至350 L/h。系统圆满达到了预期的改造效果，各项指标在行业中处于领先水平。主要改造结果见表3。

4 结束语

在分解炉的升级改造过程中适当扩大分解炉的容积，提高分解炉内物料的停留时间，从而提高生料分解率和入窑物料的温度，能提高窑系统的产量。在线型的烟道分解炉稳定性和燃烧及分解效率远远大于离线型分解炉。窑系统升级改造中要制定严密的施工计划并预计交叉施工作业的困难，尤其是在较短的工期内实现拆除旧浇注料和安装新浇注料。

氮氧化物超低排放的改造应特别注意适当扩大贫氧燃烧区，增加还原气氛，适当降低还原区的温度，防止氮氧化物的二次生成。分级燃烧技术对系统的适应性较好，可大量减少SNCR的氨水喷量，降低运行成本。但是水泥生产线都有各自的特点，脱硝效果也不尽相同，本文列举的案例仅供探讨学习。