智能高效脱硝系统在水泥生产上的应用

2020-04-14潘伟东张继雄

水泥技术 2020年2期

潘伟东，张继雄

为了改善空气质量，减少大气污染物排放，国内多省市出台了超低排放实施计划，要求氮氧化物排放限值为100mg/m3（标），个别地区甚至要求在50mg/m3（标）以下。我公司5 000t/d水泥熟料生产线一直使用传统的SNCR脱硝系统，NOx排放浓度控制在200mg/m3（标）以下，系统运行良好。2018年我公司所在地绵阳市下发了《关于全市水泥生产企业开展超低排放改造工作的通知》，要求水泥窑废气颗粒物排放浓度＜10mg/m3（标），二氧化硫排放浓度＜50mg/m3（标），氮氧化物排放浓度＜150mg/m3（标）。结合环保要求和生产线运行情况，公司计划将氮氧化物排放浓度控制到100mgm3（标）以下，原SNCR脱硝系统很难达到此排放要求，且氨水用量非常大，公司决定对脱硝系统实施超低排放改造。

1 改造方案选择

目前，主流的脱硝方法有选择性非催化还原脱硝（SNCR）、选择性催化还原脱硝（SCR）、生物质脱硝、分级燃烧等。这几种方法中，以SNCR脱硝方法最为稳定，改造和运行成本相对较低，适合水泥窑脱硝。但由于传统的SNCR脱硝方法合理脱硝率为60%～70%，超过该脱硝率，氨水用量会急剧上升，同时带来严重的氨逃逸问题，导致设备腐蚀。

SNCR脱硝效率受反应区温度、粉尘浓度、喷射区截面积、烟气含氧量、烟气流速、气流扰动以及氮氧化物的原始浓度等多方面因素影响。由于水泥窑系统工况非常复杂，工艺波动为常态，系统所产生的NOx浓度会随着工艺的波动而波动，导致最适合SNCR脱硝的反应区域也随着工艺的波动而变动。传统SNCR脱硝系统只能在固定的横截面喷入氨水，并且只能设定固定的氨水用量，不能随水泥窑系统的工况变化而变化，脱硝效率非常低。

经过反复论证，在众多改造方案当中，公司选择了上海万澄提出的HeSNCR智能精准脱硝方案。

HeSNCR脱硝系统的喷枪在分解炉上分层布置，每一层有相应的自动控制阀门以控制氨水流量和雾化空气压力。该脱硝系统的核心是智能控制软件，能利用人工智能软件强大的数据处理功能，通过分析水泥窑系统的各操作参数，实时跟踪窑况变化，准确判断氨水需用量，判断脱硝效率最高的位置等，并且精确控制每组喷枪，在最合适的喷入点喷进最适量的氨水，实现最高的脱硝效率。高效SNCR系统设计见图1。该系统还可以对NOx和氨逃逸进行双目标控制，在达到最大的NOx脱除率的同时，有效控制氨逃逸。

图1 高效SNCR系统设计

2 运行分析

HeSNCR脱硝系统超低排放改造在2019年1月停窑检修期间进行，2月开始调试，3月中旬开始正常运行。

我公司水泥窑系统没有采用分级燃烧，氮氧化物原始浓度为500～600mg/m3（标），原用SNCR系统长期控制指标为200mg/m3（标），NOx排放浓度波动比较大，有时甚至会出现±50mg/m3（标）的波动。

表1 脱硝系统运行统计表

使用HeSNCR脱硝系统正常运行后，NOx长期排放浓度按照100mg/m3（标）控制。3月中旬进行了两天NOx50mg/m3（标）排放指标的测试，平均NOx排放偏低。4月份和5月份的运行数据比较正常，NOx平均排放浓度均在98mg/m3（标）左右，能将NOx排放浓度稳定控制在100mg/m3（标）以下。使用HeSNCR脱硝系统实现NOX100mg/m3（标）排放指标，所需的总氨水用量和熟料氨水单耗并不比使用原脱硝系统控制指标在200mg/m3（标）时多，具体数据见表1。

3月10日～11日，我公司按照日均50mg/m3（标）氮氧化物排放指标对系统进行了测试。其数据见表2。

将NOx排放浓度控制在50mg/m3（标）时，氨水用量为3.74L/t熟料，但氨水用量波动非常大，有时即使加大氨水用量，NOx的小时均值也并不能控制在50mg/m3（标）以下。经专家分析，利用氨水还原氮氧化物需要有氧气参与反应，在SNCR系统合适的温度窗口区域内必须有充足的氧气，而我公司水泥持续高产，高温风机已达极限，分解炉内氧含量不足，影响了SNCR的脱硝效率，尤其是在NOx排放浓度控制非常低时，氧含量会更加不足。分解炉内氧含量可以用C1的一氧化碳浓度作参考，以消除用C1氧气浓度作参考时因漏风引起的干扰。测试结果表明，若采用HeSNCR技术将NOx控制在50mg/m3（标）以下，C1的一氧化碳浓度应控制在0.1%以下。