水泥脱硝的个性化设计与工程实践

陈学功，尹海滨

（江苏科行环保科技有限公司，江苏 盐城 224051）

引言

“脱硝”是环保领域近年来的热点议题。在这一领域，部分水泥企业联手环保公司，采用从源头控制到尾端治理等各种手段对NOx污染进行综合治理。2012年，仅江苏科行集团就在国内9个省市区建成了40多条水泥生产线脱硝改造示范线。水泥窑脱硝技术目前已从理论探讨走向了实际应用。

1 国内水泥窑脱硝设计需求

由于国内水泥窑的形式、运行情况、地理环境、环保容量等不同，因而水泥脱硝相关技术的应用（如一般的空气分级技术的应用、SNCR还原剂的选择、联合技术的使用等），需根据具体情况实行个性化设计。在实际应用上，各种技术的联合使用，更是受到制约条件的限制。如替代燃料技术（固废处理）+ SNCR技术适用于已建立或待建设固废预处理的地区，以废氨水为还原剂的SNCR技术应用需考虑废氨水的品质稳定和供应稳定，并需综合考虑煤耗成本的增加。

2 工程应用实践

根据项目设计实施经验，水泥窑脱硝应用技术主要可分为低氮燃烧 + SNCR联合技术、替代燃料 + SNCR技术、一区两线SNCR技术，以及单、双还原剂SNCR技术等。

2.1 低氮燃烧 + SNCR联合技术

该联合技术的使用，首先需要考虑分解炉的适用性和改造的施工难度。低氮燃烧原理示意见图1。

云南曲靖某水泥企业4000t/d项目，根据实际情况采用空气分级 + SNCR联合技术。该项目前期就实施的可行性进行了专家审议，评选技术路径方案，为后期项目设计与实施提供了关键依据（见表1）。

图1 低氮燃烧原理图

空气分级方案实施中，主要是增加一套承重平台，以及空气分级风管、调节阀门、膨胀节等非标设备。新增平台位于三次风平台上方，不影响三次风阀的检修吊装空间；空气分级管道为同回转窑中心线垂直面布置，位于三次风管内侧；调节风阀位于空气分级风管分解炉进口位置。SNCR采用氨水工艺，经过调试氨水浓度在15%～18%为最佳脱硝浓度。该项目中考虑使用废氨水以降低脱硝成本。根据运行情况，不开空气分级风管的情况下，满足50%脱硝效率时，20%氨水耗量为2.3～2.6kg/吨熟料。

表1 云南某项目生产线主要参数

2.2 替代燃料+SNCR联合技术

固废处理（替代燃料）是水泥工业的发展方向。据调研，国内部分水泥生产线已着手对城市污泥、固体废弃物等尝试了环保处理。如北京金隅太行前景水泥进行了固废燃料棒分解炉燃烧改造；北京立马水泥对污泥利用进行了分解炉燃烧改造；上海金山水泥厂对高危固废燃烧进行了改造等。固体废弃物处理使得节能、减排相互依存，在处理固废垃圾，降低氮氧化物排放的基础上实现经济价值（政府资金补助）。北京一水泥企业同步实施了替代燃料和SNCR改造工艺，其生产线的主要参数见表2。

表2 北京某项目生产线主要参数

该项目使用的燃料棒为塑料类废弃物制成，系统由存储、输送、计量和喂料等部分组成。进料接口位于燃烧室同混合室接口处上部，采用单侧进料。改造中，充分利用了窑周边预留空地和分解炉钢架、平台，整个工程融入现有生产线布局。SNCR采用氨水和尿素双还原剂工艺（详见单/双还原剂SNCR技术）。根据运行情况，当出口浓度控制在300mg/Nm3以下、仅使用SNCR时，20%氨水耗量为1.9～2.2kg/吨熟料。

2.3 一区两线SNCR技术

当并行的两条生产线同时实施脱硝改造时，两线共用SNCR工艺是较为合理的选择。一区两线工艺可减少改造用占地面积、提高设备利用率、完善系统管理、降低投资成本。

福建一水泥企业2×5000t/d、大连一水泥企业2×4000t/d生产线均采用一区两线SNCR脱硝工艺。该工艺采用一个存储、制备区（还原剂为尿素时），一套输送模块，向两条线供应还原剂，经两线各自的稀释计量模块和分配模块最终喷射入分解炉，完成脱硝任务。系统采用一套电气控制系统，实现两线的协同自动化控制，生产线的主要参数见表3。

表3 项目生产线主要参数

2.4 单/双还原剂SNCR技术

SNCR常用的还原剂为氨水和尿素溶液。在大部分分解炉上，这两种还原剂都能满足脱硝效果要求，当某一种还原剂因供应价格浮动带来成本增加时，换用另一种还原剂是降低运行成本的有效措施。因此，在不同还原剂供应地区，需要灵活选用SNCR还原剂的方案。在化工厂分布较多的地方，可直接考虑使用氨水单一还原剂工艺，如主要的煤化工地区；在周边缺少化工企业且运输不便的地区，可考虑使用单一尿素还原剂工艺；在一些中间区域，两种还原剂供应难易相当的地区，尽量考虑氨水-尿素双还原剂SNCR工艺。根据工程实施情况，采用单一尿素还原剂方案的案例较少，多数是氨水作为单一或是主要还原剂。单/双还原剂工艺示意见图2。

图2 单/双还原剂工艺示意图

福建另一水泥企业5000t/d生产线采用单一氨水方案。工艺布置上采用双卧式储罐，系统中关键部件均采用一用一备，采用6+4两层喷枪组合，脱硝效果良好。贵州某水泥企业2500t/d生产线采用单一氨水方案。工艺布置上采用两立式储罐，采用4+2两层喷枪组合。该项目为EPC总包工程，整个工程周期仅为一个月时间。其生产线主要参数见表4。

表4 生产线主要参数

3 结语

目前，《水泥工业大气污染物排放标准》GB4915-2013版的修订工作已接近尾声，新标准中的NOx排放标准控制在400mg/Nm3左右，已成为行业内的共识。2012年，全国约有百条新型干法水泥生产线实施了脱硝改造工程，工程分布在全国主要水泥生产区域，SNCR技术均有特性改进适用于各种分解炉炉型与生产状况。水泥生产企业在NOx减排方案的选择上，需综合考虑区域特点、炉型特性和长远环保要求，采用专业的调研检测、个性化方案设计和周全的工程实施，以有利企业发展和满足环保要求。