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分解爐及氮氧化物超低排放升級改造
時間:2020-05-20 10:05:42

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摘要:本文結合河南南陽某3 300 t/d水泥生產線的工程實例,將配置為單系列五級預熱器+MFC離線型分解爐組成的預分解系統進行升級改造,改造成在線型管道式分解爐,提升系統產量至4 300 t/d,降低能耗。在預分解系統升級改造的同時進行氮氧化物超低排放的升級改造,將氮氧化物的排放控制在100 mg/Nm3以下。

2009年3月建成投產的河南南陽某3 300 t/d水泥生產線,采用單系列五級旋風預熱器+MFC離線型流化床分解爐,該分解爐設置在窯尾煙室的一側(離線),分解爐內三次風、煤、煤風、流化床風、物料、廢氣共同組成爐氣,爐氣與窯氣匯入上升煙道后進入C5。為達到提產降耗和降低氮氧化物排放的目的,在分解爐升級改造的同時將分級燃燒脫硝系統一并改造,在提升產量、降低能耗的基礎上實現氮氧化物的超低排放。本文著重介紹MFC離線型分解爐升級改造和氮氧化物超低排放改造的方法及改造的效果。每個生產線均有各自的特點,本文介紹的改造方式僅供參考。

1 升級改造前的狀況

本項目燒成系統改造之前的基本情況為:生產線海拔230 m,系統產量最高3 900 t/d,熟料熱耗3 453 kJ/kg。

1.1 生產線主機配置

燒成窯尾及廢氣處理:預熱器參數為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,分解爐參數為:MFC分解爐本體Φ5.65 m,混合室Φ5.76 m,分解爐及混合室總容積1 030 m3。高溫風機工況風量520 000 m3/h,全壓8 000 Pa,窯尾收塵器風量530 000 m3/h,窯尾排風機工況風量520 000 m3/h,全壓4 100 Pa。

燒成窯中:回轉窯規格Φ4.3 m×62 m,斜度4.0%,主傳轉速0.4~4.0 r/min。

燒成窯頭及廢氣處理:篦冷機采用豐斯第四代篦冷機,型號W10L11F8,篦床有效面積93.7 m2,配風量2.1 Nm3/kg。設計產量4 300 t/d,熟料冷卻溫度95 ℃。熟料輸送機型號SCD800×108119 mm,角度39°,熟料輸送機的能力190 t/h。窯頭袋收塵450 000 m3/h;窯頭排風機450 000 m3/h,功率710 kW。

1.2 氮氧化物排放情況

氮氧化物的排放控制采用常規的SNCR選擇性非催化還原系統,氨水噴量(氨水濃度20%)800~1 200 L/h,NOx排放在150 mg/Nm3。

2 存在的問題及原因分析

2.1 分解爐系統

(1)產量最高為3 900 t/d,分解爐爐容小、換熱時間短,限制了該生產線的提產空間。

(2)熟料熱耗較高,標準煤耗基本在118 kg/t左右,距離國家行業準入標準108 kg標煤/t尚有差距,提升空間較大。

(3)分解爐結構形式為MFC離線型分解爐,技術較為落后,系統不穩定,且容積較小約為1 030 m3,較小的爐容→較大的截面風速→原、燃料懸停換熱時間較短→煤粉燃燒不完全→煤耗增大→廢氣中CO含量偏高→生料分解率較低,進一步限制了熟料產量的提升。

(4)C1分離效率較低,出口粉塵濃度較大約180 g/Nm3,分離效率約82.7%,較大的粉塵濃度對熱耗及產量影響較大,同時增加了高溫風機的負荷,且影響葉片的使用壽命。

(5)煤粉燃燒不完全,分解爐出口CO含量約為6.5%,C1出口CO含量約為0.6%,不完全燃燒產生的熱量損失較大。

2.2 氮氧化物排放系統

脫硝成本高,采用SNCR脫硝,控制NOx排放在150 mg/Nm3時,氨水的噴入量為800~1 200 L/h,較大的氨水噴入量導致脫硝成本較高,熱耗增大。

3 升級改造目標及解決方案

3.1 升級改造的目標

3.1.1 分解爐系統

(1)系統產量≥4 300 t/d,熟料標準煤耗降低10 kg/t。

(2)將MFC離線型分解爐改造成在線型分解爐,增加分解爐容積到1 650 m3,氣體停留時間6 s以上,入窯分解率達到97%。

(3)提高C1分離效率至95%以上。

3.1.2 氮氧化物排放系統

SNCR不運行時NOx排放≤450 mg/Nm3,SNCR運行且氨水噴入量≤600 L/h時NOx排放降至≤100 mg/Nm3。

3.2 升級改造方案

3.2.1 分解爐系統

拆除原有MFC離線型分解爐,將原有上升煙道作為管道式分解爐的一部分,將新增管道式分解爐外挑至預熱器框架外,增加旋流器將物料與熱氣體充分混合后通過下行管道式分解爐進入C5旋風筒。同時將原有的C1旋風筒更換為新型高效低阻的旋風分離器。

分解爐系統改造前后分別見圖1和圖2。分解爐升級改造前后參數對比見表1。

3.2.2 氮氧化物排放系統

本文采用的脫硝路線為:分級燃燒+SNCR組成的聯合脫硝系統,原有的SNCR脫硝系統在這里不做過多贅述,本文著重講述分級燃燒系統的改造。

三次風管從分解爐的錐部的上部略向上的部分切向進入分解爐,使三次風管進入分解爐的位置向下至窯尾煙室的頂部,約6.5 m高的距離內形成一個貧氧富碳的還原燃燒區及脫硝區,將窯尾煙室廢氣中的氮氧化物還原成氮氣,從而降低氨水的使用量和氮氧化物的排放量。同時在三次風管即將進入分解爐的位置增加一路管道把部分三次風引入分解爐的中部,進一步擴大分解爐下部的貧氧區域,增加脫硝效率。

保持C4下料口位置不變,在原有分料閥的出口進行改造,將一部分物料引入還原區,另一部分設置在三次風管入口正上方,可有效防止局部溫度過高而產生熱力型NOx。

將原噴煤點的位置進行調整,共設置兩層噴煤點,進行分層燃燒,可有效降低還原區的氧氣含量,形成強還原氣氛,將NOx還原成N2。

氮氧化物排放系統改造方案見圖3。

氮氧化物超低排放改造前后參數對比見表2。

改造過程中要拆除舊的旋風筒內的耐火材料,且C1和C5都需要更換耐火澆注料,上下交錯作業,最終在停窯50 d后一次點火成功。

3.3 改造結果

改造后系統喂料量從251 t/h增加到275 t/h,料耗系數按1.51(多年盤庫經驗料耗)計算,系統產量達到了4 370 t/d。C1出口溫度由之前的338 ℃降低至306 ℃,熟料標準煤耗降低至102 kg/t。C1出口的含塵濃度由180 g/Nm3降低到40 g/Nm3,C1旋風筒的收塵效率達到96%。系統氮氧化物排放平均折算值和平均實測值都在70 mg/Nm3,此時SNCR系統的氨水噴量減至350 L/h。系統圓滿達到了預期的改造效果,各項指標在行業中處于領先水平。主要改造結果見表3。

4 結束語

在分解爐的升級改造過程中適當擴大分解爐的容積,提高分解爐內物料的停留時間,從而提高生料分解率和入窯物料的溫度,能提高窯系統的產量。在線型的煙道分解爐穩定性和燃燒及分解效率遠遠大于離線型分解爐。窯系統升級改造中要制定嚴密的施工計劃并預計交叉施工作業的困難,尤其是在較短的工期內實現拆除舊澆注料和安裝新澆注料。

氮氧化物超低排放的改造應特別注意適當擴大貧氧燃燒區,增加還原氣氛,適當降低還原區的溫度,防止氮氧化物的二次生成。分級燃燒技術對系統的適應性較好,可大量減少SNCR的氨水噴量,降低運行成本。但是水泥生產線都有各自的特點,脫硝效果也不盡相同,本文列舉的案例僅供探討學習。


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