大氣污染的治理是政府對于污染治理的一個重要環節,各地的企業也紛紛表示支持,其中涌現出一些明星模范企業,鄧州中聯水泥有限公司近年來一直致力于采用國內外先進技術降低大氣污染物排放,如建設氨水脫硝系統,窯頭電收塵改為袋收塵,各種收塵提標更新,使用低氮燃燒器和節能風機等,廢氣達到了排放標準要求。隨著國家排放標準的日趨嚴格,現有排放難以滿足超低標準要求,2018年我公司應用新技術對水泥熟料生產線進行超低排放改造,并取得了顯著效果。
一、水泥行業排放標準要求
1.1 污染物種類
水泥熟料的生產制造過程要吸收燃煤釋放的大量熱量,經過復雜的物理、化學變化過程,水泥熟料生產線產生的污染物有無組織排放和有組織排放顆粒物等,其中水泥熟料煅燒系統有組織廢氣量占全廠廢氣量70%左右,還有二氧化硫、氮氧化物、氟化物、二氧化碳、一氧化碳等有害氣體及汞及其化合物。
1.2 污染物排放標準
河南省水泥行業超低排放改造后,水泥窯廢氣在基準氧含量10%的條件下,各污染物排放標準見表1、表2、表3。
2 超低排放改造方案
2.1 窯頭窯尾袋收塵系統升級改造
顆粒物是水泥企業主要的污染源,整個生產線一般有數十個有組織粉塵排放點,主要排放點是水泥窯頭和窯尾。袋收塵器的濾袋表面捕集的堿性物質與試圖通過濾袋的SO2、NOx酸性物質能結合成鹽類,可以使酸性氣體的濃度可削減30%~60%。6月對窯頭和窯尾收塵系統進行了升級改造,增加除塵器高度,對過濾面積和濾袋材質等方面適當調整,基本實現對顆粒物排放的超低控制,同時也減少了二氧化硫和氮氧化物排放量。改造情況見表4、表5。
2.2 窯尾低氨脫硝升級改造
在氮氧化物減排領域,現有主要技術包括SCR、SNCR、分級燃燒、低氨脫硝這四種方式,對于不同企業生產線工況不同,四種脫硝方式本身有不同的優勢,我公司原采用在分解爐直管上部及鵝頸管出口設置6個噴頭的SNCR和分級燃燒系統,2018年經過比較分析選用低氨脫硝技術進行升級改造。
(1)低氮脫硝原理。
低氮燃燒、提高脫硝效率的關鍵是在窯尾分解爐底部建立低氮還原區,回轉窯內產生大量的熱力型的NOx在經過窯尾縮口進入還原區時進行脫氧還原反應。將分解爐燃燒煤粉采用四角對沖方式均勻噴到分解爐錐體部位,煤粉在分解爐錐體部位燃燒。利用C4熱生料均勻撒料在分解爐錐體還原區,可以有效降低還原區溫度,防止分解爐錐體結皮。C與NO及煙氣中CO2反應,在C4熱生料催化作用下生成還原氣體CO、H2、HCN等還原劑,還原區的溫度條件適合促進NOx還原,生料中氧化鈣等金屬氧化物催化還原窯爐內NOx生成N2。低氮脫硝可以有效抑制自燃料型NOx的產生,可降低SNCR氨水用量30%以上,從而實現NOx減排。
(2)改造方案。
①C4下料管技術改造。四級下料管原有分料閥拆除重新加分料閥,分料后一部分料分到分解爐縮口上部,一部分料分到分解爐直管段(三次風管進口上部300mm處)。原有的鎖風閥用在原管道,分到縮口的下料管另加鎖風閥。
②窯尾分解爐煤管的改造。分解爐煤粉燃燒是控制SO2排放量的關鍵,煤粉完全燃燒直接影響SO2排放量,煤粉分散多點入分解爐,有利于煤粉燃燒和燃燼。窯尾煤主管道改造為經分煤器分為兩路:一路經分煤器噴入分解爐錐體縮口4個噴煤管,建立NOx還原區,另一路經分煤器噴入分解爐三次風管中部,三次風兩側進口整體平移切向進入,三次風管與分解爐進口角度不變,使NOx還原有充分時間。
③氨水噴槍噴入位置重新布置。C5出口含塵濃度低,比分解爐中部及鵝頸管出口的環境更優,分解爐出來的料經過C5后只有10%左右的物料通過C5,能較好的發揮脫硝效率。原氨槍噴入位置為分解爐直管上部4個噴槍及鵝頸管出口上部2個噴槍,現改為C5出口設6個噴槍和分解爐鵝頸管出口下部設8個噴槍噴入氨水。
④更換高效氨水噴槍,調整工作壓力,對噴槍實施定期清理。既保證了氨水霧化后的液滴流能穿透管道內煙氣流,又使噴入的霧化氨水均勻的全部覆蓋整個斷面氣流,減少噴槍結皮和堵塞,提高了噴入效果。
2.3 窯頭主燃燒器采用低NOx燃燒器
窯頭燃燒生成NOx主要是熱力型,窯頭燃燒器NOx的生成主要受燃料性質以及火焰形狀、火焰溫度、滯留時間和過??諝饬康挠绊?。低NOx燃燒器是一次風量在5%~7%之間的多通道燃燒器,大量降低一次風量能夠增加高溫二次風量,提高一次風噴出速度,由于噴嘴外風高速噴射卷吸高溫二次風進入噴嘴中心,使煤粉著火速度加快,氮與氧來不及化合,減少NOx形成,同時低NOx燃燒器調試方式靈活,使用方便,能夠提高窯系統的熱效率和窯產量,減少實物煤用量。
2.4 配料調整
燒成帶溫度通常在1 200℃~1 400℃,燃燒器火焰溫度高達1 700℃~2 000℃,降低燒成帶溫度,就可以降低火溫度,當火焰溫度低于1 500℃,熱力型NOx生成量極少。在配料中進行了以下調整:一是對原燃材料進行化學和物理性能分析,保證生產過程中的均衡穩定與均化,嚴格各質量工序的管理;其次,優化配料方案,在保證熟料質量的前提下,提高生料的易燒性;再次,加入礦化劑,降低物料的*低共熔點,從而降低燒成溫度。
2.5 優化操作
(1)生料磨采用窯尾廢氣烘干原料,自身會進一步脫除50%以上的SO2,在生料磨內CaCO3有很高的活性,在較低的溫度下能夠吸收窯尾廢氣中的SO2;同時生料磨中原料中水分的蒸發,產生的大量水蒸汽加速了CaCO3吸收SO2的過程,把SO2轉變成CaSO4,使窯尾廢氣中的20%~60%的SO2固定在物料中。我公司燃煤硫含量低于1%,灰分低,揮發分高,低位發熱量高。在操作中保證煤粉充分燃燒,控制燒成帶的CO、O2含量及火焰形狀,平衡調節通過原料磨和旁路廢氣,有降低了SO2排放。
(2)低氮脫硝改造后,系統工況發生了明顯變化,及時優化調整煅燒系統的操作參數。確保原燃料喂料量準確穩定,降低火焰溫度同時保證熟料適宜的煅燒溫度;降低過??諝庀禂?,調節窯尾高溫風機轉速或三次風閘門開度來控制窯尾煙室O2含量,把窯系統調整到穩定優化狀態,降低了NOx。
2.6 在線監測系統建設
為了更好的適應超低排放的需要,公司投資100余萬元采用北京牡丹聯友環??萍加邢薰拘滦驮诰€監測系統。該系統站房于2018年6月建設,經現場查看、測量,結合《固定污染源顆粒物、煙氣(SO2、NOx)自動監控基站建設技術規范》(DB41/T1327-2016)要求,公司共建基站站房2個,均采用磚混結構,每個面積20m2,站房內安裝有監控設施、空調等,配備有滅火器材、辦公桌椅、打印機等。采樣平臺和在線監測設備于9月建設完成。采樣平臺面積均大于5m2,平臺外側至煙道外壁距離均大于1.2m,安裝有防雨蓬、照明設施、防護欄、標識牌等。除通往窯頭采樣平臺采用“S”型旋梯外,其余采樣平臺均采用“Z”型梯,能夠滿足日常運行、維護和比對監測要求。
更換后的設備顆粒物監測單元低量程為0~50mg/m3,二氧化硫和氮氧化物監測單元低量程為0~200mg/m3,監測量程更小,精度更高?;緮祿鬏斎坷霉饫w接入VPN專網,把采集到的數據傳向市、省、國家的有關環保監督部門。這樣保證了數據傳輸的穩定性,安全性,快速性。在線監測系統建設完成后,經過北京牡丹聯友環??萍加邢薰菊{試,在線監測系統運行穩定,在線監測數據(CEMS)正常。
3 其他改造
為了優化環境提升企業形象,踐行社會責任,減少廠區顆粒物排放,公司按照超低排放改造方案投資1 000余萬元先后新建物料大棚4個,改造老舊大棚3個,對廠內物料輸送皮帶廊進行密封,大棚內加裝噴霧抑塵設施,對部分收塵濾袋更換、提標改造,包裝車道收塵系統進行了改造;修建洗車臺5處,增設霧炮7臺。通過以上措施有效抑制了廠內有組織和無組織排放。
4 改造效果
通過一系列節能減排技術改造、加強操作和運行管理,水泥熟料生產線的污染物排放得到了有效治理,尤其是燒成系統建立了穩定的還原區域,構建了良好的脫硝空間,窯頭和窯尾污染物濃度達到了省內超低排放限值,熟料熱耗降低,氨水用量減少。改造前后比對數據見表6~表11。
水泥行業節能減排勢在必行,達標排放是每個企業所必須承擔的社會責任和義務,節能減排技術是水泥企業當前的重要課題,面對日益嚴峻的節能減排形勢,應在提高思想認識,優化技術改造、優化操作,加強管理等方面做好,水泥熟料生產線才能夠適應超低排放要求。各地的企業應該向明星企業學習,將實現零排放作為企業的目標。
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