水泥厂执行超低排放脱硝脱硫解决方案探究

究亚泥中国第一条生产线于1998年开工建设，从1998年开始在大陆设厂，共建设了12条短窑生产线。公司秉持远一低"的大型现代化模范水泥厂，为企业永续发展奠定良好综合能耗亦处于水泥企业能耗的先开展列，至于利用电厂、响应政府号召"要绿水青山、更要蓝天白云",积极开展探可以看出，某省SO2和NOX污染物排放控制值呈现50%的递减趋势。20**年将实行特别排放标准，可以判断若干年后将实行超低排放标准。表1.某省水泥企业污染物排放执行标准表：准，分别要求小于100mg/Nm3、50mg/Nm3二、超低排放脱硝技术：氮氧化物排放治理可谓当前水泥行业大气污染物减排面临的最大难题。目前，国内脱硝技术方案可以分为两大类，一是过程控制(即：低氮燃烧，分级燃烧等改造方案),二是末端治理，主要包括SNCR和SCR,在实际应用中部分企业也采用了过程控制加SNCR脱硝的模式，取得了良好的效果，但是要实现超低排放要求，SCR脱硝更具可行性也更具潜力。目前SCR脱硝技术在水泥行业应用面临两大难题，一是粉尘浓度高，导致催化剂堵塞，严重影响使用寿命并带来催化剂中毒风险；二是对温度要求较高，需要将催化复原温度稳定在280度以上才能发挥SCR技术优势。江西亚东利用低氮煤粉燃烧系统+SNCR低氨脱硝系统开展超低排放脱硝技术研究，在不增加设备投资的条件下实现了窑尾NOX小于100mg/Nm3的超低排放控制目标。三、江西亚东低氮煤粉脱硝(无氨脱硝)技术介绍：江西亚东五六线预热器采用洪堡双系列六级旋风筒，其设计采用了超低压损旋风筒、低氮分解炉、煤粉分级燃烧等多项创新技术，三次风管分A、B系列，共用管道式分解炉。窑尾气体含氧气(以下简称02)量一般为2～3%,经上升风道的低氮燃烧喷煤点与五级旋风筒下来的部分生料混合，此处煤粉在缺氧状态下燃烧产生大量一氧化碳(以下简称CO),其为强复原剂可将窑尾气体中NOX复原成氮气(以下简称N2),CO则被氧化成二氧化碳(以下简称CO2)同时释放出热量，该脱硝反应会持续开展至管道式分解炉中CO耗尽为止；三次风(含02量19～20%)经三次风管的分解炉喷煤点与五级旋风筒下来的部分生料混合，此处煤粉在正常有氧状态下燃烧，会产生一定量的NOX;窑尾气流经上升风道和三次风管气流集合经过管道式分解炉上升后再下行进入六级旋风筒。低氮喷煤点至六级旋风筒进口的分解炉管道总长155米，生料在分解炉内热交换时间长，同时低氮燃烧产生的CO与烟气中NOX有充分的反应时间，保障了低氮燃烧的脱硝效果。图1.最新式低氮分解炉与双系列六级旋风预热器。低氮燃烧产生CO与窑尾及分解炉气流中NOX反应生成高温促进和生料催化会快速完成。从图1可以看出，洪堡短窑系统总共有五个喷煤点：窑管分解炉喷煤点，以上煤粉均采用单独计量称。其喷入煤粉量的比例如下表2及图2所示。五段旋风筒下料有两条路径，一条路径进入上升风道，另外一条路径进入三次风管，两条路径下料量的分配比例根据窑内及三次风管通风和温度状况开展灵活调整。低氮燃烧喷煤点的煤粉与五段旋风筒部分生料粉混合后一路上升进入分解炉，防止在喷煤点形成局部高温，同时提高煤粉和生料粉混合的均匀性，促进生料脱酸效果。五段旋风筒下料分料及煤粉与生料粉混合技术系洪堡创新技术，为提高低氮燃烧喷煤点煤粉喷入量创造了有利条低氮煤粉采用单独煤粉称开展计量控制，可以根据高温风机出口CO及窑尾NOX开展快速准确调整低氮煤粉用量。国内设计分解炉煤粉共用一台煤粉称，煤粉分多个支路喷入分解炉，对于喷入低氮燃烧点的煤粉无法开展稳定准确控制，难以提高低氮煤粉脱硝效率。低氮煤粉喷入点距离三次集合点有25米高度差，当大应时间长，脱硝效率高。国内传统设计分解炉低氮煤粉喷入点与三次风管集合点只有2-3米，脱硝反应时间太短造成低氮煤粉脱硝效率低。目前国内部分水泥企业开展脱硝改造将三次风管集合点抬高，增加脱硝反应时间，对于提高脱硝效率具有明显效果。分解炉通风面积与三次风管通风面积的比例将影响低氮燃烧喷煤点与三次风管分解炉喷煤点的煤粉用量、及生料预分解脱酸效果。洪堡最新式低氮分解炉通风面积经适当加大，分解炉通风面积与三次风管通风面积之比由原设计的0.78提高到0.86。将分解炉加大加高，除了有利于增加低氮燃烧煤粉用量来进一步降低NOX排放，还可降低窑头煤粉用量减少热力型NOX生成量，同时确保入窑生料脱酸度高且稳定，为旋窑熟料烧成稳定奠定了根底。表2.短窑系统喷煤点及喷煤量比例(%,质量百分比)。图2.江西亚东#6窑各喷煤点煤粉用量比例变化趋势图。江西亚东五六线设计时加大了分解炉通风面积，低氮燃烧煤粉比例可以开展优化上调，通过不断尝试调整降低窑头煤粉用量，适当增加低氮燃烧煤粉比例到63.9%,在不喷氨水的条件下基本达成窑尾NOX小于400mg/Nm3目标。四、低氮煤粉燃烧系统+低氨脱硝复合技术达成超低排江西亚东五六线将预热器的煤粉全部喷入低氮燃烧点开展脱硝，在不喷入氨水的条件下窑尾NOX排放约在350m/Nm3,将SNCR系统氨水用量逐渐加大，窑尾NOX呈现下降趋势。当SNCR氨水喷量在600-700L/H时，窑尾NOX稳定在80-95mg/Nm3。系统运转稳定，经测试对熟料产量和品质没有负面影响。在不需改造设备的条件下，达成超低排放折算控制目标，吨熟料脱硝氨水费用约1.6元/吨。图3.超低排放NOX控制测试曲线江西亚东其他生产线也是采用KHD低氮煤粉燃烧系统，但与五六线存在差异。主要是低氮煤粉燃烧系统没有单独计量称，需开展改造。拟计划每条生产线投资368万元开展煤粉单独计量系统改造，改造完成后开展优化操作，通过提高低氮煤粉脱硝效率，少量喷入SNCR系统氨水，达成超低排放NOX小于100mg/Nm3目标。江西亚东石灰石SO3含量在0.40～0.50%,窑尾SO2排放浓度约1100mg/Nm3,目前采用氨水+熟石灰脱硫，勉强控制200mg/Nm3),采用氨水脱硫受限于氨逃逸指标氨水用量小，需用大量熟石灰开展脱硫。熟石灰参加后引起熟料KH值变化，对于熟料烧成及稳定有负面影响。同时每年购买熟石灰费用高，随着环保日趋严格，生产熟石灰的厂家面临停产整顿，熟石灰供给也日趋紧张。20**年某省实行特别排放政策，要求窑尾S02排放小于100mg/Nm3,未来可能实行超低排放标准。现有氨水+熟石灰脱硫技术难以满足超低排放要求。针对国内出现的多中脱硫技术江西亚东组织技术人员开展比照分析，具体见下表：1.方案一和方案三原理一样，均存在成本高及脱硫剂保供问题。2.方案二属于成熟的脱硫工艺，可以达成超低排放目标，运行成本比较低，但一次性投资费用大。3.方案四运行成本最低，属于最新的脱硫技术，目前在国内尚无成熟业绩，但随着技术进步，此项技术可能会在水泥业广泛应用。4.江西亚东石灰石硫含量高，窑尾SO2排放浓度在1000-1300mg/Nm3,要达成超低排放标准需采用石灰石-石膏法开展脱硫。5.对于窑尾SO2排放本体值不高的企业可以采用方案一、二、四开展脱硫，或者可以开展组合式脱硫方式