蒸汽低氨燃烧脱硝系统工程通用技术方案.docx
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蒸汽低氨燃烧脱硝系统工程通用技术方案
****水泥有限公司
5000t/d新型干法水泥熟料生产线
蒸汽低氨燃烧脱硝工程项目
技
术
方
案
山东卓昶节能科技有限公司
二〇一八年八月
目录
一概述1
二蒸汽低氨燃烧脱硝工程设计1
2.1设计依据1
2.2设计用参数3
三蒸汽低氨燃烧脱硝工作原理及工艺技术5
3.1NOx的生成机理及排放现状5
3.2蒸汽低氨燃烧脱硝技术工作原理5
3.3蒸汽低氨燃烧脱硝关键技术6
3.4蒸汽低氨燃烧脱硝技术优势6
3.5控制回转窑NOx产生量的措施6
3.6操作要点6
四蒸汽低氨燃烧脱硝技术工程内容7
4.1蒸汽低氨燃烧脱硝技术工程改造内容及材料供应、施工7
4.2蒸汽低氨燃烧脱硝技术工程工艺流程7
五蒸汽低氨燃烧脱硝技术安装工程8
5.1工期安排8
5.2安装组织人员8
5.3工机具配备8
5.4施工作业程序9
5.5设备材料准备9
5.6蒸汽低氨燃烧脱硝技术工程的安装10
5.7安全管理13
六工程竣工调试、验收13
6.1工程竣工调试13
6.2工程竣工验收14
七性能及技术指标保证14
7.1技术指标保证14
7.2性能指标保证15
八企业经济效益15
九售后服务15
十蒸汽低氨燃烧脱硝工程业绩表16
十一附图18
一概述
1.1根据《水泥工业大气污染物排放标准》GB4915-2013规定，水泥窑烟气NOx排放标准不大于400mg/Nm³，随着国家环保政策对水泥企业污染物排放要求的不断提高，NOx排放标准日益严苛，很多省份排放标准已降为260mg/Nm³，个别省份计划降为100mg/Nm³以下。
随着环保督查力度的不断加强，排放不达标的水泥企业将面临严厉处罚，直至停产整顿。
1.2鉴于环保政策对水泥生产企业的巨大压力，我公司联合山东大学、济南大学、山东建筑材料设计院，在新型干法熟料生产线采用SNCR脱硝技术和分级燃烧脱硝技术的基础上，投入大量资金和技术力量，通过大量实验和研究创新研发出蒸汽低氨燃烧系统工程技术，通过中间实验取得了国家专利。
现已成功应用于近60多条水泥熟料生产线，取得了非常好的效果，解决了水泥窑尾废气NOx排放问题，降低了水泥企业生产运营成本。
1.3台泥（安顺）水泥有限公司新型干法水泥熟料生产线设计产量5000t/d，实际产量5300-5400t/d，水泥窑烟气NOx排放考核＜320mg/Nm3，浓度20%氨水用量在18.5-20t/d左右，造成熟料成本增加，氨逃逸污染周围环境，氨水80%在窑废气蒸发造成热耗损失，煤耗增大，高温风机、尾排风机及管道腐蚀，袋收尘器收尘袋结露等。
本技改工程利用现有条件,在不影响正常生产的情况下,利用窑炉检修期间，预热器系统、煤粉输送及燃烧系统、三次风管、C4下料管、C4和C5上升烟道撒料盒及烟气脱硝系统整改。
利用余热发电饱和蒸汽与煤粉气化产生的水煤气、煤产生的CHi、CO等还原物质，与烟气中的NOx进行反应，降低NOx的浓度，从而减少SNCR中氨水的用量，从而达到降低成本，满足对空排放标准的目的。
同时，由于氨水的降低，降低了热耗，减少了氨对后续设备如：
余热发电系统、生料制备系统、废气处理系统的设备的腐蚀，降低了收尘器糊袋概率，也减少了氨逃逸。
二蒸汽低氨燃烧脱硝工程设计
2.1设计依据
2.1.1设计基础
①、卓昶公司蒸汽低氨燃烧脱硝工程专利技术。
②、依据本条熟料生产线设计院设计图纸。
③、依据业主提供的生产工艺参数及资料。
④、现场测量的数据资料。
⑤、依据相关的设计标准及规范设计。
2.1.2设计标准及规范
《水泥工业大气污染物排放标准》GB4915-2013及地方《环保水泥工业大气污染物排放标准》
《环境空气质量标准》GB3095-2012
《优质碳素结构钢技术条件》GB699－88
《优质碳素结构钢热轧厚钢板技术条件》GB711－85
《碳钢焊条技术条件》GB3087－82
《热工仪表及控制装置施工及验收规范》GB0198-97
《机械设备安装工程施工及验收通用规范》GB50231-2009
《电气装置安装工程施工及验收规范》GB50168-2006
《工业金属管道工程施工及验收规范》GB50235-97
《施工现场临时用电安全技术规范》GBJ46—88
《现场设备工程管道焊接工程施工及验收规范》GB50236-1998
《水泥工厂脱硝工程技术规范》GB51045
《大气污染物综合排放标准》GB16297
《建筑设计防火规范》GB50016
《建筑结构荷载规范》GB50009
《水泥工厂设计规范》GB50295
《水泥工厂节能设计规范》GB50443
《安全标志及其使用导则》GB2894
《钢结构、管道涂装技术规程》HGJ209-83
《供配电系统设计规范》GB50052
《低压配电设计规范》GB50054
《爆炸危险环境电力装置设计规范》GB50058
《压力管道规范--工业管道》GBT20801
《建筑内部装修设计防火规范》GB50222
《生产过程安全卫生要求总则》GB/T12801
《建筑工程施工质量验收统一标准》GB/T50300
《固定污染源烟气排放连续监测技术规范》（试行）HJ/T75
《固定污染源排放烟气连续监测系统技术要求及监测方法》HJ/T76
《危险化学品管理条例》（中华人民共和国国务院令第591号）
2.2设计用参数
公司名称
生产线设计单位
旋窑规格
熟料生产线设计产量
t/d
熟料产量
t/d
标煤消耗
kg标准煤/t熟料
实物煤耗
Kg/t
煤粉细度、水份
水份0.8%
分解炉容积
M3
窑头喂煤量
t/h
窑尾喂煤量
t/h
窑尾罗茨风机型号
是否有变频器
窑尾罗茨风机流量
m3/min
窑尾罗茨风机压升
Kpa
窑尾罗茨风机转速
r/min
窑尾罗茨风机电机功率
KW
窑尾主输煤管管道外直径及壁厚
mm
熟料3d强度
Mpa
熟料28d强度
Mpa
烟室温度
℃
烟室负压
Pa
分解炉出口温度
℃
分解炉出口负压
Pa
分解炉有效容积
m3
鹅颈管有效体积（若有）
m3
C1出口温度
℃
C1出口负压
Pa
C1出口O2含量
二次风温
℃
三次风管风温
℃
缩口尺寸及面积（方或圆）
mm
三次风管内径、外径
mm
三次风管负压
Pa
高温阀开度
%
NOx（SNCR前）
mg/m3
NOx环保考核标准
mg/m3
NOx环保控制标准
mg/m3
SNCR脱硝氨水平均用量
t/d
S02
mg/m3（立磨开时）
S02
mg/m3（立磨停时）
2.2.煤粉工业分析和化学分析/%
工业分析/%
Qnet
元素分析/%
Mad
mad
Vad
FCar
KCal/kg
Car
Har
Nar
Sar
Oar
2.3.煤灰份化学分析
LOSS
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
2.4入窑生料化学成分分析/%
LOSS
SiO2
Al2O3+TiO2
Fe2O3
CaO
MgO
K2O
Na2O
SO3
CI-
2.5熟料质量全分析（%）（熟料生产线改造前一个月平均数据）
Loss
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
K2O
Na2O
SO3
∑
f-cao
2.6熟料矿物组成（%）
KH
KH-
SM
IM
C3S
C2S
C3A
C4AF
三蒸汽低氨燃烧脱硝工作原理及工艺技术
3.1NOx的生成机理及排放现状
2016年，全国水泥产量为24.03亿吨，水泥熟料生产线NOx的排放量为1.584kg/t-cl，大量NOx被排放到大气中。
氮氧化物（NOx）主要为NO和少量的NO2，其中NO占95%以上。
水泥窑烟气脱硝向分解炉内喷入大量还原剂NH3·H2O，以实现环保达标。
水泥窑氮氧化物的形成机理如下：
3.1.1热力型NOx（ThermalNOx）,为空气中的N2在高温下氧化而产生的NOx。
产生量主要取决于温度，温度1300℃以上NOx随着温度的不断升高而呈现几何倍数大量生成:
N2+O→NO+N
O2+N→NO+O
N+OH→NO+H
3.1.2燃料型NOx（FuelNOx）,是燃料中的氮的化合物在燃烧过程中热分解且氧化而生成。
3.1.3快速型NOx（FenimoreNOx）,是空气中的N2与燃料中的碳氢离子团（CH、CH2等）在反应区附近快速生成的NOx，其生成量较少，一般占总NOx的5%以下。
3.2蒸汽低氨燃烧脱硝技术工作原理
采用饱和蒸汽与煤气化技术，通过对分解炉煤粉燃烧系统、三次风管、C4下料管等的优化，在分解炉锥体部位建立还原剂产生区，还原NOx。
3.2.1还原剂产生区原理
煤粉和饱和蒸汽利用无焰燃烧器均匀喷到贫氧燃烧区内，水蒸气与固定碳反应生成CO、H2，煤粉在燃烧区贫氧条件下产生CO、煤挥发分高温下析出CH4、HCN等还原剂。
H2O+C→CO+H2
2C+O2→2CO
挥发分析出CH4、HCN
3.2.2NOx还原区原理
窑尾烟气中的NOx在还原区内与CO、H2、CH4、HCN等还原剂在热生料调节温度及催化作用下发生反应，将NOx还原成无污染的惰性气体N2。
此外少量的固定碳在缺氧条件下还原NO生成N2并且抑制自身燃料型NOx的产生。
2CO+2NO→N2+2C02
2H2+2NO→N2+2H2O
CHi+NO→N2+...
HCN+NO→N2+...
3.3蒸汽低氨燃烧脱硝关键技术
3.3.1饱和蒸汽和煤粉一起通过贫氧燃烧器四角切圆方式喷入还原剂产生区，使窑内NOx得到有效还原，降低氨水用量。
3.3.2三次风管上移至适合的高度，确保NOx被还原的时间，使NOx快速还原生成N2。
3.3.3技改后的C4下料管把热生料分到分解炉锥体部位，热生料中碱性氧化物对窑炉内NOX的还原起到催化作用，并调节锥体温度，确保锥体不结皮。
3.4蒸汽低氨燃烧脱硝技术优势
3.4.1蒸汽低氨脱硝技术可还原窑内产生的热力型NOx，抑制燃料型NOx的生成，可从源头有效降低NOx的产生。
3.4.2无二次污染，没有污染物或副产物生成。
3.4.3对熟料生产线运行和熟料质量无负面影响。
3.4.4对原脱硝系统运行无负面影响，减少氨水或尿素消耗，降低运行成本。
3.4.5工艺改造后，运行参数得以优化，系统运行期内质量稳定性提升，节能降耗。
3.5控制回转窑NOx产生量的措施
3.5.1精细化操作：
首先采取的措施就是水泥窑系统的精细化操作，优化回转窑系统的煅烧制度，控制有利于降低NOx产生的火焰形状和适宜的煅烧温度；在不影响熟料质量的前提下，尽量降低空气过剩系数，确保生料、燃料喂料量准确、均匀稳定。
3.5.2降低烧成带温度：
高温对减少热力型NOx不利，可以通过调整配料、添加外加剂等方法降低烧成温度以减少窑内热力型NOx的形成。
3.6操作要点
3.6.1蒸汽低氨燃烧脱硝技术对公司管理水平、操作员操作水平都有很高的要求，特别是在操作思路方面要有改变，需严格控制系统用风，空气过剩系数1.05以内。
3.6.2须对全系统进行密封堵漏，防止漏风，避免喷入的煤粉在过氧下燃烧，高温结皮，影响脱硝效率及系统燃烧的正常运行。
3.6.3需要在喷煤量、C4分料量及三次风用量上进行摸索调节，找出三者之间的最佳匹配量。
四蒸汽低氨燃烧脱硝技术工程内容
4.1蒸汽低氨燃烧脱硝技术工程改造内容及材料供应、施工
4.1.1、低氨燃烧脱硝技术整体工程设计及分项工程设计
4.1.2、窑尾罗茨风机及主输送煤管技改
4.1.3、分解炉煤粉燃烧系统技改,从第一个分煤器到分解炉的所需设备、材料供应及施工
4.1.4、原C4上部下料管的上移调整施工；C4下部下料管及分料阀、微动锁风阀和撒料盒的安装施工
4.1.5、C4、C5翻板阀的检查
4.1.6、分解炉C4下料撒料盒检查、C5出口C3下料撒料盒的检查
4.1.7、三次风管上移技改材料供应及施工
4.1.8、SNCR喷枪系统技改所需设备、材料供应及施工
4.1.9、C4下料、锁风阀、三次风管平台、护栏、楼梯等整改制作、粉刷等
4.1.10、低氨燃烧脱硝技术工程的调试
4.2、低氨燃烧脱硝技术工程改造内容及材料供应、施工
4.2.1技术工程改造中浇筑料，耙钉及施工由业主负责
4.2.2窑尾罗茨风机更换及主输送煤管更换由业主负责
4.3蒸汽低氨燃烧脱硝技术工程工艺流程
五蒸汽低氨燃烧脱硝技术安装工程
5.1工期安排
根据改造设计方案，制定详细工作计划，总工期40天，前期工程设计及配件制作15天，现场施工25天。
5.2安装组织人员
序号
工种
数量
1
项目经理
1人
2
副经理兼安全员
1人
3
技术员
1人
4
质检员（兼职）
1人
5
合格焊工
16人
6
电工
3人
7
起重工
6人
8
配合普工
10人
共计
38人
5.3工机具配备
序号
设备名称
数量
1
电焊机
20台
2
手提电动切割机
2台
3
氧、乙炔切割设备
10套
4
起重设备
2台
5
手拉葫芦2-5T
10台
6
手拉葫芦10-20T
10台
7
搅拌机
2台
8
角向磨光机
8台
9
平板车1T
1台
10
梅花扳手
3套
11
开口扳手
3套
12
电动圆锯
2台
13
盒尺、钢板尺、石笔等
若干
5.4施工作业程序
5.5设备材料准备
5.5.1施工所需的设备、临时工作平台，脚手架及材料等准备到位。
5.5.2确认本次工程所需的各种工器、机具完好到位。
5.5.3厂家供应的设备、备件产品的合格证书作为质保资料归档。
5.5.4做好备件材料的入厂检验和检测分析工作，要确认质量、数量、保管、运输合格
。
5.5.5系统改造主要配件清单
序号
主项目
品名
规格
数量
1
窑尾蒸汽与煤粉气化系统
蒸汽闸阀
DN15DN250-2.0MPa
若干
压力表
0-1.6MPa
1件
蒸汽管道、蒸汽环形管
Φ34*4.0
1套
窑尾蒸汽喷枪、喷枪软管
4套
保温
1
2
分解炉煤粉燃烧系统
无缝钢管
Φ203Φ152
1批
陶瓷内衬弯头
Φ219Φ168
1批
煤管阀门
DN250
2套
煤管阀门
DN150
4套
分煤器
5件
贫氧燃烧器、喷煤枪
6套
3
C4下料管技术改造
分料阀
￠900
2套
撒料盒
￠900
2套
微动锁风阀
￠900
2套
C4管
￠900
2套
锚固件
1批
耐火材料
抗结皮
若干
4
三次风管技术改造
三次风管
1批
管钢板
1批
锚固件
1批
耐火材料
莫来石质
若干
5
脱硝系统
脱硝喷枪，护套等
6套
不锈钢管、镀锌管
φ25
1批
不锈钢球阀，管件
DN25
1批
6
平台、栏杆
工字钢、槽钢、角铁、花纹板、钢管等
1批
5.6蒸汽低氨燃烧脱硝技术工程的安装
5.6.1总体概述
蒸汽低氨燃烧系统工程主要有：
窑尾蒸汽与煤粉气化系统项目；窑尾煤粉燃烧系统改造；C4下料管技改；三次风管及入口的优化；分解炉C5出口撒料盒工艺位置的检查；蒸汽低氨燃烧脱硝系统的设备、管道、阀门和仪器仪表等。
蒸汽低氨燃烧系统总图布置遵循以下标准：
（1）在布置方案时，设备的位置应该按照需要的功能来布置，并充分考虑到进出方便、安装难易、操作、维护方便和安全性。
（2）设备集中布置。
（3）喷煤系统分煤器设计在同一位置，便于安装调试。
（4）蒸汽输送系统、喷枪系统就近布置在分解炉相应位置的框架平台上。
根据合同和项目实际需求，进行项目的进度控制。
正常情况下，该项目改造从签订合同至施工完成，将历时40天。
这期间包括项目设计、设备材料采购与制造、运输、工程施工安装，不包括系统调试和试运行。
5.6.2项目实施计划
实施该项目的主要节点计划表如下：
天数
序号
项目
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
1
测量设计
2
材料准备（材料、设备、人员）
3
三次风管、C4下料管及施工平台制作
4
新C4管及锁风阀浇注料施工
5
三次风管和原C4管拆除
6
三次风管及C4管入口开挖
7
窑尾蒸汽输送与煤粉气化系统技改
8
尾煤罗茨风机和窑尾分煤系统施工
9
C4下料管技改
10
三次风管技改
11
SNCR喷枪系统技改
12
现场清理
5.6.3项目实施简述
5.6.3.1窑尾蒸汽与煤粉气化系统项目见附图
（1）
在窑尾余热发电蒸汽管道处开口，安装上2个DN25闸阀接入蒸汽计量控制柜系统。
经过环形管分到锥体4个贫氧燃烧器上部，使其可与贫氧燃烧器喷入的灼热煤粉达到混合反应的目的。
5.6.3.2分解炉煤粉燃烧系统技改见附图
（2）
把4支贫氧燃烧器安装在分解炉锥体底部膨胀节以上适当位置，两支喷煤枪安装在三次风管以上合适位置。
煤粉经分煤器、输煤管道进入改造后的4个贫氧燃烧器和2根喷煤枪，喷入分解炉中。
具体改造方案如下：
首先拆除原来的输煤管及分煤器，更换新的分煤器和输煤管道，连接4个贫氧燃烧器及2个喷煤枪。
在原主煤管合适位置安装分煤器。
新改管道按照使用要求和现场位置情况，在原分煤器位置安装1分为2的分煤器5个，在合适位置制作分煤器闸阀操作平台护栏。
改造后的6根输煤管均匀的把煤输送4根贫氧燃烧器和2根喷煤枪。
4支新装贫氧燃烧器安装于分解炉锥体底部膨胀节以上适当位置。
4支贫氧燃烧器在同一水平面内360°均布，将煤粉经喷嘴高速进入还原区内，并充分分散，且使喷入的煤粉在炉内形成径向扩散，从而加大分散力度和延长反应时间，保证缺氧燃烧产生的还原物质，还原窑尾烟气中大量的NOx，产生良好的脱硝效率。
2支喷枪安装在三次风管上部原喷煤枪位置，2支喷煤枪相互对称，将煤粉经喷嘴高速喷入三次风管上部燃烧区域。
5.6.3.3C4下料管技改见附图（3）
C4下料管中的生料，通过分料阀进入分解炉的锥体位置，可以达到调节分解炉锥体温度，防止高温结皮现象的产生。
同时使部分物料进入改造的低氧还原区，利用生料中氧化钙等碱金属氧化物对煤焦及煤粉的催化作用，还原窑炉内生成的NOX，且对于挥发分含量越高的煤，生料对还原NOX的催化作用越强。
根据原系统的运行状况，对原C4下料管下料位置进行改造，具体方案为：
原分解炉C4两个下料管，来料分成两部分，一部分料进入上面的C4下料管,另一部分料进入下面的C4下料管。
将下面的C4下料管的撒料盒根据设计抬高到合适位置，并安装新的撒料盒及下料管，将下料管的锁风阀更换新的微动锁风阀。
将分出的部分生料经新制备的下料管、微动锁风阀、撒料盒喂入分解炉锥体下部、贫氧燃烧器和蒸汽喷枪位置的上方合适的位置。
根据现场情况制作分料阀及锁风阀的操作平台护栏及爬梯，外表面除锈刷漆处理。
5.6.3.4三次风管技改及进口优化见附图（4）
为了使低氧还原区具有充足的反应空间，对分解炉三次风管进行上移改造。
根据窑型设计，在原三次风管进口上部、分解炉直筒部位合适位置开孔，把进入分解炉的三次风管上移，使其均匀抬高合适的高度，将三次风管与分解炉上新开的开口对接。
再把原分解炉上三次风进口封闭，使其形成新的三次风通道。
三次风管制作新的平台及护栏。
将分解炉三次风管进入分解炉处内部进行优化处理。
5.6.3.5SNCR喷枪系统技改
在
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