一、改造背景
日照中聯(lián)水泥擁有兩條2*2500t/d新型干法水泥熟料生產(chǎn)線，采用窯外預(yù)分解旋窯生產(chǎn)工藝。應(yīng)環(huán)保要求，2014年日照中聯(lián)水泥增加SNCR脫硝系統(tǒng)降低NOX排放。使用初期，NOX排放指標(biāo)為400mg/m³以下，脫硝氨水使用量1#窯約300Kg/h，2#窯約450Kg/h。在2017年NOX排放指標(biāo)調(diào)整為300mg/m³以下，1#窯約430Kg/h，2#窯約650Kg/h，下表是2014年至2018年脫硝氨水消耗統(tǒng)計(jì)。
2014年至2018年脫硝氨水消耗統(tǒng)計(jì)表
從上表統(tǒng)計(jì)可以看出，2017年NOX排放指標(biāo)調(diào)整為≤300mg/m³后，雙窯脫硝氨水使用量明顯升高。其中，1#窯升高140Kg/h，2#窯升高216Kg/h，最高瞬時(shí)用量達(dá)到1000Kg/h以上，造成生產(chǎn)成本升高的同時(shí)帶來較大安全隱患（棗莊某水泥廠2018年發(fā)生脫銷氨水閃爆事故，窯門直接飛出近5米遠(yuǎn)），并且?guī)戆碧右菰黾訂栴}。
二、原因分析
熟料煅燒過程中NOX生成原理：燃料燃燒過程中，高溫下由助燃空氣中的N2和O2化合形成。助燃空氣中的氮，在高溫下被氧化，其反應(yīng)所需要的活性氧原子也來源于氧分子的高溫裂解。
其反應(yīng)方程式為：N2+O2—→2NO；NO+1/2O2—→NO2
由燃料燃燒生成的NOX占熟料生產(chǎn)生成的的NOX總量的絕大部分。另外原料中含氮氧化物分解形成的NOX，在生成的NOX總量中，其占有比例很小。
因此，在熟料生產(chǎn)過程中，NOX總量的大部分產(chǎn)生于回轉(zhuǎn)窯的煅燒過程，減少和還原回轉(zhuǎn)窯產(chǎn)生的NOX是降低脫銷氨水使用量關(guān)鍵。因此，利用分解爐錐部還原區(qū)對(duì)NOX進(jìn)行還原能有效減少脫硝氨水用量。
2CO+NO2—→2CO2+N2
根據(jù)武漢理工大學(xué)謝峻林教授團(tuán)隊(duì)的數(shù)值模擬技術(shù)，日照中聯(lián)水泥2#分解爐內(nèi)氣體流向如下圖：
通過上圖，可以清晰的看到三次風(fēng)進(jìn)入分解爐錐體后，氣流有向下運(yùn)動(dòng)的軌跡，從而導(dǎo)致分解爐設(shè)計(jì)的還原區(qū)實(shí)際面積較小，并且三次風(fēng)帶來充足的O2使得尾煤燃燒較充分，無法產(chǎn)生足夠的還原劑CO，使得2#窯脫硝系統(tǒng)氨水使用量偏高。
三、確定改造方案
結(jié)合日照中聯(lián)水泥實(shí)際情況，經(jīng)多次分析研究，日照中聯(lián)水泥決定先對(duì)2#窯三次風(fēng)管入爐位置進(jìn)行調(diào)整，將原先下傾15°入爐管道改造為接近水平入爐，改變?nèi)敕纸鉅t三次風(fēng)方向，增大分解爐錐體還原區(qū)體積。同時(shí)將原尾煤燃燒器離三次風(fēng)管較遠(yuǎn)的一只位置下移，實(shí)現(xiàn)分級(jí)燃燒，從而產(chǎn)生足夠的還原劑CO。
施工圖紙如下：
四、改造效果
2018年底，在錯(cuò)峰停機(jī)期間，對(duì)2#窯入分解爐三次風(fēng)管按照既定改造方案實(shí)施位移改造。根據(jù)計(jì)算，改造后分解爐錐體還原區(qū)面積從約12m³擴(kuò)大到約25m³。同時(shí)，對(duì)回轉(zhuǎn)窯尾煤燃燒器位置進(jìn)行調(diào)整，從原先尾煤平行對(duì)向噴入分解爐，調(diào)整為一上一下噴入分解爐，實(shí)現(xiàn)分級(jí)燃燒。
改造完成后，回轉(zhuǎn)窯于2019年3月15日恢復(fù)生產(chǎn)，至6月1日錯(cuò)峰停機(jī)，2#窯脫硝氨水使用量降至400Kg/h以下，較改造前氨水使用量減少約260Kg/h，改造效果良好。
經(jīng)濟(jì)效益：按全年運(yùn)行210天，節(jié)省氨水使用量按260Kg/h計(jì)算，則年可節(jié)約氨水使用量210d*24h/d*260Kg/h/1000t/kg=1310t，氨水采購價(jià)格按710元/噸，年可節(jié)約氨水采購費(fèi)用1310t*710元/t=93萬元。
2020年，NOX排放指標(biāo)調(diào)整為≤100mg/m³后，2#窯回轉(zhuǎn)窯脫銷氨水用量在500-550Kg/h，較改造前NOX排放指標(biāo)≤300mg/m³仍節(jié)約120Kg/h，使用效果良好。
五、結(jié)束語
通過對(duì)2#回轉(zhuǎn)窯三次風(fēng)管入分解爐進(jìn)口角度改造，擴(kuò)大了還原區(qū)面積；通過尾煤燃燒器位置調(diào)整改造，實(shí)現(xiàn)尾煤分級(jí)燃燒，有利于還原劑CO的產(chǎn)生，從而大幅降低了脫銷氨水用量，不但降低了生產(chǎn)成本，還降低了安全風(fēng)險(xiǎn)，減少了氨逃逸造成的二次環(huán)境污染。
