CN112880416B - 一种水泥窑烟气NOx超低排放方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本申请公开一种水泥窑烟气NOx超低排放方法及系统，包括：来自水泥回转窑的烟气经由窑尾烟室依次进入分解炉、5级旋风预热器、余热锅炉、生料磨和窑尾收尘器，依次经分解炉、5级旋风预热器、余热锅炉、生料磨和窑尾收尘器处理后最后经第二CEMS检测后由窑尾烟囱进行排放；还包括：在窑尾烟室与分解炉所在的前段进行低氮改造；在所述分解炉和5级旋风预热器所在的中段进行智能SNCR喷氨改造；在所述5级旋风预热器的C1级预热器出口与余热锅炉所在的末段进行SCR脱硝改造。本申请通过将高效低氮改造技术、智能SNCR脱硝技术和SCR脱硝技术进行有效组合，实现超低排放的同时降低脱硝系统的建设、运行成本，减少氨水消耗量、降低氨排放浓度，减少催化剂的使用量。

Description

一种水泥窑烟气NOx超低排放方法及系统
技术领域
本发明涉及水泥窑烟气处理技术领域，具体涉及一种实现水泥窑烟气NOx超低排放方法及系统。
背景技术
自火电、钢铁行业全面实施超低排放改造以来，NOx执行50mg/m3的超低排放标准，而同时期的水泥行业执行《水泥工业大气污染物排放标准》(GB4915-2013)，NOx排放限值为400mg/m3(特别排放限值320mg/m3)，单位烟气量NOx排放量是火电、钢铁行业的6.4-8倍，NOx排放总量已经跃居工业污染源排放总量首位，减排压力巨大。水泥工业大气污染物排放标准持续收严，河南省、河北省已经正式发布地方标准，NOx排放限值收严到小于100mg/m3，上述两省在标准征求意见期间，曾设想将NOx排放限值收严到50mg/m3，限于尚无可靠的技术支撑。《长江三角洲一体化发展规划纲要》指出：联合开展大气污染综合防治，联合制定控制高耗能、高排放行业标准，基本完成水泥行业超低排放改造。浙江省也在开展地方标准的编制，浙江省已启动《水泥工业大气污染物排放》地方标准的编制，初步拟定指标中Ⅰ阶段(2022年底前)NOx排放浓度限值执行100mg/m3，Ⅱ阶段(2025年底前)NOx排放浓度限值执行50mg/m3。
目前，针对水泥窑烟气NOx排放浓度＜100mg/m3的技术相对成熟，但要进一步收严到50mg/m3，在NOx指标可达性和稳定性、氨排放浓度控制、氨水消耗量、建设运行成本等方面存在问题，尚无能良好应对水泥窑NOx排放浓度＜50mg/m3的专利技术。
发明内容
本申请提供一种水泥窑烟气NOx排放浓度＜50mg/m3的超低排放系统及方法。
一种水泥窑烟气NOx超低排放方法，包括：来自水泥回转窑的烟气经由窑尾烟室依次进入分解炉、5级旋风预热器、余热锅炉、生料磨和窑尾收尘器，依次经分解炉、5级旋风预热器、余热锅炉、生料磨和窑尾收尘器处理，最后经第二CEMS检测后由窑尾烟囱进行排放；还包括：
在窑尾烟室与分解炉所在的前段进行低氮改造，所述低氮改造包括增设低氮管，所述低氮管的主体包括上升管、弧形连接管和下降管，所述上升管、弧形连接管和下降管沿烟气流向依次衔接形成倒U形管，在所述窑尾烟室上开设第一引接点并通过烟室引接段连通所述上升管的底部，在所述分解炉底部的锥部开设第二引接点并通过分解炉锥部引接段连通所述下降管的底部，将窑尾烟室的全部引接至所述低氮管中，并从上升管段处向低氮管内喷入煤粉，利用燃料中的炭在贫氧环境下将来自回转窑的烟气中的NOx控制到＜200mg/m3，再将烟气返回送至分解炉；
在所述分解炉和5级旋风预热器所在的中段进行智能SNCR喷氨改造，所述智能SNCR喷氨改造包括在C5级预热器与C4级预热器之间的连接烟道以及C4级预热器与C3级预热器之间的连接烟道内分别增设氨水喷射层，所述增设的氨水喷射层以及所述分解炉内以及分解炉的出口烟道内原有的氨水喷射层的喷枪均连接氨水智能分配模块和压缩空气智能分配模块；
在所述5级旋风预热器的C1级预热器出口与余热锅炉所在的末段进行SCR脱硝改造，所述SCR脱硝改造包括在C1级预热器与余热锅炉之间增设SCR反应器，SCR反应器与C1级预热器与余热锅炉的原有连接烟道之间并行设置，SCR反应器的烟气进口通过烟道连接C1级预热器的烟气出口，SCR反应器的烟气出口通过增压风机返回余热锅炉顶部，经由SCR反应器处理后的烟气返回余热锅炉中，在连接C1级预热器与SCR反应器的烟道上顺烟气流向依次设置挡板门、预收尘器、第一CEMS和喷氨格栅。
可选的，SCR脱硝改造段选择性投入运行，当第一CEMS的烟气指标中NOx＜50mg/m3时，关闭挡板门，当第一CEMS的烟气指标中NOx≥50mg/m3时，打开挡板门。
可选的，煤粉的喷入量为窑头喷入量的1.8～2.2倍。
本申请还提供一种水泥窑烟气NOx超低排放系统，包括回转窑，所述回转窑的尾部设置窑尾烟室；还包括沿烟气走向依次设置的分解炉、预热器、余热锅炉、生料磨、窑尾收尘器和窑尾烟囱，所述分解炉的底部与所述窑尾烟室连接；所述预热器为5级旋风预热器，沿烟气流向依次为C5级预热器、C4级预热器、C3级预热器、C2级预热器和C1级预热器；还包括：
增设于所述窑尾烟室与分解炉之间的低氮管组件，所述低氮管组件包括沿烟气流向依次衔接的上升管、弧形衔接管和下降管，所述上升管通过烟室引接段连通所述窑尾烟室，所述下降管通过分解炉锥部引接段连通至所述分解炉的底部椎体段，所述上升管段上设置煤粉投加口；
用于向所述分解炉内、分解炉的出口烟道内、C5级预热器与C4级预热器之间的连接烟道内以及C4级预热器与C3级预热器之间的连接烟道内喷氨的智能SNCR喷氨组件；
以及增设于所述C1级预热器与余热锅炉之间的SCR组件，所述SCR脱硝组件与连接C1级预热器出口和余热锅炉之间的烟道并行设置。
本申请通过将高效低氮改造技术、智能SNCR脱硝技术和SCR脱硝技术进行有效协同组合，三个改造点之间除了发挥各自本身的优势外，还可以通过两两之间或是三者之间联合使用、形成优势互补。实现超低排放的同时，降低脱硝系统的建设、运行成本，减少氨水消耗量、降低氨排放浓度，减少催化剂的使用量。
其中，高效低氮改造首先对窑尾烟室进行扩容改造，从烟室引出长尺寸、大容量的高效低氮管，并在此区域喷入煤粉形成大容积的还原性区域，利用燃料中的炭在贫氧环境下实现将来自回转窑的烟气中的NOx控制到＜200mg/m3，再将烟气返回送至分解炉。
为尽可能形成充分还原区域，引接的低氮管依烟气流量由上升管、倒U型的弧形连接以及下降管组成，上升管路下部作为引接点与窑尾烟室相连，下降管下部与分解炉下部相连，将烟气再送回至分解炉下部。
以下还提供了若干可选方式，但并不作为对上述总体方案的额外限定，仅仅是进一步的增补或优选，在没有技术或逻辑矛盾的前提下，各可选方式可单独针对上述总体方案进行组合，还可以是多个可选方式之间进行组合。
可选的，所述低氮管组件内的扩容空间体积为不小于分解炉缩口以下的空间容积。
一种可选方案中，所述上升管的顶端高度高于分解炉第一缩口，但不超过分解炉出口高度；所述上升管、弧形衔接管和下降管的管径一致，尺寸介于分解炉管径与分解炉缩口直径之间；所述弧形衔接管的弧形半径为低氮管各组件管径的1～1.5倍。
煤粉通过喷枪喷入低氮管内。可选的，所述煤粉投加口位于上升管接口与上升管中部以下的高度区段内。
在分解炉中上部及C5级旋风预热器(850-980℃的温度窗口区间)布置SNCR脱硝喷枪，结合智能SNCR脱硝控制系统实现精准喷氨，将NOx排放浓度控制至50-100mg/m3。作为优选，智能SNCR脱硝喷枪主要布置在分解炉中上部、分解炉出口、C5级旋风预热器，C4级旋风预热器出口；与传统SNCR脱硝喷枪布置相比，将相对平面化的喷枪布置立体化，针对目前水泥熟料线潜在的超负荷生产，有效覆盖到潜在的后燃烧区域。
一种可选的方案中，所述智能SNCR喷氨组件包括：
第一氨水喷射层，设置于所述分解炉内，包括若干支喷枪；
第二氨水喷射层，设置于所述分解炉的出口烟道内，包括若干支喷枪；
第三氨水喷射层，设置于所述C5级预热器与C4级预热器之间的连接烟道内，包括若干支喷枪；
第四氨水喷射层，设置于所述C4级预热器与C3级预热器之间的连接烟道内，包括若干支喷枪；
氨水分配模块，通过氨水分配管路分别连接所述各喷枪的进液口，各氨水分配管路上独立设置控制阀和流量计；
压缩空气分配模块，通过气体分配管路分别连接各层喷枪总气体管的进气口，各气体分配管路上独立设置控制阀、压力表和流量计；
以及智能控制模块，所述氨水分配模块和压塑空气分配模块连接并受控于该智能控制模块。
可选的，所述智能SNCR喷氨组件还包括DCS信号组，所述DCS信号组接入所述智能控制模块。
智能SNCR脱硝控制系统为实现精准分配氨水，为每一路喷枪配置调节阀和流量计，并实现远程控制，做到实时调节。智能SNCR脱硝系统还可通过实施积累运行数据，开展数据训练，并能实现自动寻优，智能控制模块本身为现有技术。
本申请在C1级预热器出口至余热锅炉入口(温度为300-360℃)的烟道部分布置SCR反应器，属于中低温高尘点位。
一种可选的方案中，所述SCR脱硝组件包括：
预收尘器，所述预收尘器烟气进口通过烟道连接所述C1级预热器的出口；
SCR反应器，所述SCR反应器的烟气进口通过烟道连接所述预收尘器的烟气出口，所述SCR反应器的烟气出口通过增压风机及管道接入所述余热锅炉；
挡板门，设于连接所述预收尘器和C1级预热器的烟道内；
喷氨格栅，设于连接所述预收尘器和SCR反应器的烟道内；
以及第一烟气分析仪，用于检测预收尘器出口烟气的特征参数。
可选的，所述第一烟气分析仪设置在喷氨格栅的上游。
第一CEMS测试的烟气参数，送至智能SNCR脱硝数据采集系统，可以更加及时地反馈智能SNCR脱硝系统后NOx和NH3的浓度参与调控。第一烟气分析仪(CEMS)的烟气参数包括NOx、NH3和O2；第一CEMS布置在预收尘器下游，避免高尘环境对第一CEMS的磨蚀，以及氨水喷射气流紊动导致的测量不准；挡板门的开闭状态与第一CEMS测试NOx浓度关联，当第一CEMS烟气指标中NOx＜50mg/m3，烟道挡板门关闭，当第一CEMS烟气指标中NOx≥50mg/m3，烟道挡板门打开，SCR脱硝系统投入运行。
为克服SCR脱硝反应器导致的压力损失，SCR反应器下游布置增压风机。
本发明是基于多种技术进行有效组合，在实现水泥窑烟气NOx排放浓度稳定可靠满足＜50mg/m3的同时，尽可能减少氨排放浓度、氨水消耗量、催化剂使用量，解决水泥窑NOx排放浓度＜50mg/m3建设运行成本高的技术空白。与现有技术相比，本申请至少具有如下有益效果之一：
(1)所选用的技术手段，适用于所有水泥熟料生产线实施NOx超低排放改造；
(2)技术手段组合使用，可充分发挥各单一技术手段优势，通过高效低氮改造技术实现从源头上减少NOx产生，通过智能SNCR脱硝实现降低分解炉部分的NOx浓度，通过SCR脱硝技术实现NOx和NH3排放浓度稳定可靠达到超低排放要求，综合技术性能好。
(3)组合技术手段的使用，高效低氮改造技术后期无运行成本，且最大限度减少了NOx的生成，智能SNCR脱硝在实现NOx排放浓度＜100mg/m3具有比较优势，结合上游的高效低氮改造技术，SNCR段的脱硝负荷大幅降低；末端的SCR脱硝，只需要将NOx从入口＜50～100mg/m3进一步降低到＜50mg/m3，设计脱硝率＜50％，设备尺寸、催化剂用量大幅降低，造价大幅降低，综合经济性能好。
(4)组合技术手段的使用，操作上灵活多变，可以任意选择其中的一种或多种技术投入使用，有效应对各种工况变化。
附图说明
图1为申请系统的整体结构示意图；
图2为图1中低氮改造部分的结构示意图；
图3为图1中智能喷氨部分的结构示意图；
图4是图1中SCR脱硝部分的结构示意图。
图中所示附图标记如下：
1-回转窑 2-窑尾烟室 3-分解炉
4-低氮管组件 5-智能SNCR喷氨组件 6-增湿塔
7-余热锅炉 8-SCR组件 9-高温风机
10-生料磨 11-窑尾收尘器 12-尾排风机
13-窑尾烟囱 14-第二烟气分析仪 15-分解炉的出口烟道
16-C5级预热器和C4级 17-C4级预热器和C3级
预热器的连接烟道 预热器的连接烟道
41-烟室引接段 42-上升管 43-弧形连接管
44-下降管 45-分解炉锥部引接段
51-第一氨水喷射层 52-第二氨水喷射层 53-第三氨水喷射层
54-第四氨水喷射层 55-氨水分配模块 56-压缩空气分配模块
57-智能控制模块 58-业主生产系统DCS信
号组
81-挡板门 82-预收尘器 83-第一烟气分析仪
84-喷氨格栅 85-SCR反应器 86-增压风机
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
为了更好地描述和说明本申请的实施例，可参考一幅或多幅附图，但用于描述附图的附加细节或示例不应当被认为是对本申请的发明创造、目前所描述的实施例或优选方式中任何一者的范围的限制。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。
如图1所示，一种水泥窑烟气NOx超低排放系统，包括回转窑1，回转窑1的尾部带有窑尾烟室2，分解炉3的出口烟道15连接预热器，预热器采用5级旋风预热器，沿烟气流向依次为C5级预热器、C4级预热器、C3级预热器、C2级预热器和C1级预热器，依次通过烟道连接，分解炉3的出口烟道15连接C5级预热器，C1级预热器的烟气出口通过烟道连接增湿塔6和/或余热锅炉7，增湿塔6和余热锅炉7并行设置，增湿塔6和余热锅炉7的烟气出口通过烟道接入高温风机9，高温风机9通过烟道连接生料磨10，生料磨10的烟气出口通过烟道连接窑尾收尘器11，或者高温风机9通过烟道直接连接窑尾收尘器11，窑尾收尘器11的烟气通过尾排风机12送入窑尾烟囱13内，窑尾烟囱13的出口处设置第二烟气分析仪14。
在此基础上，本申请在水泥窑生产线合适的点位配套高效低氮改造技术、智能SNCR脱硝技术和SCR脱硝技术的有效组合，实现源头上减少NOx生成，过程中精准喷氨和末端强化脱硝，实现水泥窑烟气NOx排放浓度＜50mg/m3的超低排放目标。具体的，本申请在窑尾烟室2与分解炉3处增设低氮管组件4；在C1级预热器与余热锅炉7之间增设SCR脱硝组件8，SCR脱硝组件与连接C1级预热器出口和余热锅炉之间的烟道并行设置；在SNCR脱硝段采用智能SNCR喷氨组件5，并在C5级预热器和C4级预热器的连接烟道内以及C4级预热器与C3级预热器的连接烟道内增设喷氨点。
高效低氮改造技术中在窑尾烟室和分解炉之间实施高效低氮改造，核心设备是在窑尾烟室与分解炉之间增设低氮管，窑尾烟室与分解炉之间通过增设的低氮管进行连接，低氮管组件4如图1和图2所示，包括上升管42、弧形连接管43和下降管44，上升管和下降管相互平行且竖向设置，弧形连接管衔接上升管和下降管，上升管42的底部为烟室引接段41，通过该烟室引接段41连通窑尾烟室2，下降管的底部为分解炉锥部引接段45，通过该分解炉锥部引接段45连通分解炉3的底部椎体段。上升管42、弧形连接管43及下降管44组成的低氮管主体结构呈倒U形结构，在上升管42段上设置煤粉投加点。
窑尾烟室的烟气全部被引接至低氮管内，通过形成大的还原空间，实现将进入分解炉烟气中NOx浓度控制至＜200mg/m3。水泥熟料线回转窑1的出口连接至窑尾烟室2，切断窑尾烟室2至分解炉3锥部烟道，自窑尾烟室2改造，形成第一个引接点，引接低氮管的上升管道，通过顶部的倒U型弧形连接管转向，通过下降管将烟气向下经分解炉3锥部改造的第二个引接点送回至分解炉。持续或间歇向低氮管内喷入煤粉。窑尾烟室的烟气全部被引接至低氮管内，通过形成大的还原空间，实现将进入分解炉烟气中NOx浓度控制至＜200mg/m3。
低氮管内形成扩容空间，一种实施方式中，上升管的顶端高度在分解炉高度的高于分解炉第一缩口(即分解炉底部的原烟气入口)，但不超过分解炉顶部的出口高度；上升管、弧形衔接管和下降管的管径为分解炉主体段管径0.85倍，上升管、弧形衔接管和下降管的管径相同。
煤粉投加口需保证低氮管组件喷煤口上游区段温度不低于1050℃，喷煤口下游区段有足够的还原空间，一种实施方式中，煤粉投加口位于上升管的中部以下的高度段内。在该高度段内喷射煤粉形成贫氧富燃区域，促成还原性气体CO的产生，实现将来自回转窑烟气的NOx还原。
智能SNCR脱硝技术的核心反应区域为氨水喷射系统，布置在800-950℃温度窗口区间，通常布置在分解炉中上部和分解炉至旋风预热器烟道，每一层内喷枪均匀布置，喷枪与传统SNCR脱硝一致为双流体喷枪，但布置点位覆盖的温度区间延长到C4级旋风预热器的出风烟道，以适应更大范围的工况波动，实现将烟气中NOx浓度控制至＜50～100mg/m3。
一种具体的实施方式中，智能SNCR喷氨组件5如图3所示，包括第一氨水喷射层51、第二氨水喷射层52、第三氨水喷射层53、第四氨水喷射层54、氨水分配模块55、压缩空气分配模块56和智能控制模块57。第一氨水喷射层51设置于分解炉3内，设于分解炉内中上部，第一氨水喷射层包括若干支氨水喷枪；第二氨水喷射层42设置于所述分解炉的出口烟道15内，在出口烟道的倒U形段的上升段和下降段内均设置氨水喷射层，每处氨水喷射层各包括若干支喷枪；第三氨水喷射层43设置于C5级预热器与C4级预热器的连接烟道16内，该氨水也包括若干支喷枪；第四氨水喷射层54设置于C4级预热器与C3级预热器的连接烟道17内，该喷射层也包括若干支喷枪。各喷枪均采用常规双流体喷枪。
氨水分配模块55通过氨水分配管路分别连接所有氨水喷射层的各喷枪的进液口；压缩空气分配模块通过气体分配管路分别连接各层氨水喷射层，整层调节再送至各喷枪的进气口；氨水分配模块55和压塑空气分配模块56连接并受控于智能控制模块57。
氨水分配模块55、压缩空气分配模块56和智能控制模块7本身均采用现有技术。智能SNCR喷氨组件还包括业主生产系统DCS信号组58，DCS信号组接入智能控制模块。针对智能SNCR喷氨组件的组成本身，本申请的改进点在于C5级预热器与C4级预热器的连接烟道16和C4级预热器与C3级预热器的连接烟道17内增设氨水喷射层。
各喷射层的氨水引接自氨水分配模块，每支喷枪对应一个氨水分配支路，每个氨水分配支路配备流量计和调节阀；压缩空气引接自压缩空气分配模块，每个喷射层对应一个分配支路，各分配支路配备流量计、压力表和调节阀；与传统SNCR脱硝每一路喷枪仅配套开关阀不同，智能SNCR脱硝每一路喷枪配套调节阀，可以实现实时调控氨水喷射量。
氨水分配模块和压缩空气分配模块均受控于智能控制模块，控制模块基于模糊控制理论，利用大数据建立模型和算法，消除实际生产参数中必不可少的测量误差，做到精准控制。例如智能控制模块通过常规的神经网络技术+大数据技术，实现数据采集、分析、输出和自优化，技术神经元网络模型的建立，用于实现NOx初始浓度的预测，通过持续从主生产系统DCS读取几十组变量的数据用于NOx预测模型的训练，实现提前3～4分钟预测NOx浓度，提前让喷枪做出响应，保证了控制的灵敏性，避免了传统SNCR脱硝反馈控制长达10～15分钟的调控滞后。与之对应，在硬件配置上比传统SNCR脱硝增加了30～50组生产信号的输入，为预测模型提供数据基础；在氨水和压缩空气分配模块上增加了控制阀(增加了可控输出参数)，可实现分配支路的实时调节。
其大数据采集智能控制模块输入信号有30～50组，所在点位及参数如表1，通过主生产系统DCS信号组采集，输入信号有30～50组，所在点位及参数如表1：
表1智能SNCR脱硝系统输入信号点位及明细
Figure BDA0002861406290000121
Figure BDA0002861406290000131
SCR脱硝组件布置在C1级旋风预热器出口与余热锅炉之间，其最大脱硝负荷仅需从NOx＜100mg/m3脱除到NOx＜50mg/m3，脱硝率≥50％，催化剂用量、SCR反应器尺寸、系统阻力损失比使用单独的SCR脱硝技术可减少50-60％，催化剂用量可减少60％。
一种具体的实施方式中，SCR脱硝组件8的结构如图4所示，包括预收尘器82和SCR反应器85，预收尘器82的气体进口通过烟道连接C1级预热器出口，引接C1级预热器出口300-360℃温度区段，在该连接烟道内设置挡板门81，预收尘器82的气体出口通过烟道连接SCR反应器85的烟气进口，在该连接烟道内设置喷氨格栅84，该连接烟道上还设置第一烟气分析仪83，用于检测预收尘器82的出口烟气，第一烟气分析仪83设置于喷氨格栅的上游，保护第一烟气分析仪，烟气分析仪采用CEMS，SCR反应器采用常规中高温高尘SCR反应器即可，SCR反应器85的烟气出口设置增压风机86，增压风机86的进气端管道连接SCR反应器的烟气出口、出气端管道接入余热锅炉7的入口烟道内，通过增压风机送入余热锅炉7的顶部，送回主生产系统，然后依次经余热锅炉7、高温风机9、生料磨10、窑尾收尘器11、尾排风机12后经烟囱13及烟囱上布置的第二烟气分析仪14检测达标后排放至大气环境。
本申请的组合系统中，可以是高效低氮改造技术+智能SNCR脱硝技术+SCR脱硝技术三种技术的组合运行，也可以是高效低氮改造技术+智能SNCR脱硝技术组合运行、或高效低氮改造技术+SCR脱硝技术的组合运行。即智能SNCR脱硝技术或SCR脱硝技术可选择投入或退出系统，优选退出SCR脱硝技术，减少催化剂的使用时间、延长催化剂使用寿命，降低系统压损和运行电耗。对于SCR脱硝组件，SCR反应器入口烟道依烟气流向依次布置有烟道挡板门和第一CEMS，当第一CEMS测得NOx浓度＜50mg/m3时，烟气挡板门关闭，SCR系统退出；当第一CEMS测得NOx浓度＞50mg/m3时，烟气挡板门启动，SCR系统投入运行。
以下以具体实施例进行说明：
实施例
在5000t/d熟料线上按照图1所示实施改造，主要设计参数为：风量为520000Nm3/h，改造前NOx初始浓度650-800mg/m3，设计实施改造后NOx出口浓度＜50mg/m3，氨排放浓度＜8mg/m3。
改造前，烟气量520000～560000Nm3/h，NOx排放浓度680-750mg/m3，已经实施了传统SNCR脱硝改造后，NOx排放浓度320～400mg/m3。
按照图1实施改造完成后，调试情况如下：
工况一：仅投入高效低氮燃烧技术(即SNCR脱硝系统停止喷氨、SCR反应器入口烟气挡板门关闭)，测得窑尾烟囱NOx排放浓度150～200mg/m3；
工况二：同时投入高效低氮燃烧技术+智能SNCR脱硝系统，即将智能SNCR脱硝系统设定为自动投运，目标NOx浓度设定为50mg/m3、SCR反应器入口烟气挡板门关闭，测得窑尾烟囱NOx排放浓度41～50mg/m3，氨水耗量约285L/min，生料磨开时NH3排放浓度为4.6mg/m3，生料磨停时，窑尾烟囱NH3排放浓度为16mg/m3；
工况三：同时投入高效低氮燃烧+智能SNCR脱硝+SCR脱硝系统，即将智能SNCR脱硝系统设定为自动投运，设定SNCR段目标NOx浓度为100mg/m3，SNCR段氨水耗量为220L/h；SCR反应器入口烟气挡板门开启，设定SCR段目标NOx浓度为50mg/m3，SCR段氨水耗量为45L/h，测得窑尾烟囱NOx排放浓度25～50mg/m3，氨排放浓度＜2.5mg/m3。
鉴于工况二和工况三的调试结果，当生料磨处于开启状态时，采用“高效低氮燃烧+智能SNCR脱硝系统”即可实现NOx和NH3满足超低排放要求，且无需投运SCR脱硝系统，可减少系统压损电耗和催化剂使用时间。生料磨停时，由于NH3排放浓度难于达标，需同步投运SCR系统。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种水泥窑烟气NOx超低排放方法，包括：来自水泥回转窑的烟气经由窑尾烟室依次进入分解炉、5级旋风预热器、余热锅炉、生料磨和窑尾收尘器，依次经分解炉、5级旋风预热器、余热锅炉、生料磨和窑尾收尘器处理，最后经第二CEMS检测后由窑尾烟囱进行排放；其特征在于，还包括：
在窑尾烟室与分解炉所在的前段进行低氮改造，所述低氮改造包括增设低氮管，所述低氮管的主体包括上升管、弧形连接管和下降管，所述上升管、弧形连接管和下降管沿烟气流向依次衔接形成倒U形管，在所述窑尾烟室上开设第一引接点并通过烟室引接段连通所述上升管的底部，在所述分解炉底部的锥部开设第二引接点并通过分解炉锥部引接段连通所述下降管的底部，将窑尾烟室的全部烟气引接至所述低氮管中，并从上升管段处向低氮管内喷入煤粉，所述煤粉的喷入量为窑头喷煤量的1.8~2.2倍，利用燃料中的炭在贫氧环境下将来自回转窑的烟气中的NOx控制到＜200 mg/m3，再将烟气返回送至分解炉；
在所述分解炉和5级旋风预热器所在的中段进行智能SNCR喷氨改造，所述智能SNCR喷氨改造包括在C5级预热器与C4级预热器之间的连接烟道以及C4级预热器与C3级预热器之间的连接烟道内分别增设氨水喷射层，所述增设的氨水喷射层以及所述分解炉内以及分解炉的出口烟道内原有的氨水喷射层的喷枪均连接氨水智能分配模块和压缩空气智能分配模块；
在所述5级旋风预热器的C1级预热器出口与余热锅炉所在的末段进行SCR脱硝改造，所述SCR脱硝改造包括在C1级预热器与余热锅炉之间增设SCR反应器，SCR反应器与C1级预热器与余热锅炉的原有连接烟道之间并行设置，SCR反应器的烟气进口通过烟道连接C1级预热器的烟气出口，SCR反应器的烟气出口通过增压风机返回余热锅炉顶部，经由SCR反应器处理后的烟气返回余热锅炉中，在连接C1级预热器与SCR反应器的烟道上顺烟气流向依次设置挡板门、预收尘器、第一烟气分析仪和喷氨格栅；
SCR脱硝改造段选择性投入运行，当第一CEMS的烟气指标中NOx＜50 mg/m3时，关闭挡板门，当第一CEMS的烟气指标中NOx≥50 mg/m3时，打开挡板门。
2.一种实现如权利要求1所述水泥窑烟气NOx超低排放方法的水泥窑烟气NOx超低排放系统，包括回转窑，所述回转窑的尾部设置窑尾烟室；还包括沿烟气走向依次设置的分解炉、预热器、余热锅炉、生料磨、窑尾收尘器和窑尾烟囱；所述预热器为5级旋风预热器，沿烟气流向依次为C5级预热器、C4级预热器、C3级预热器、C2级预热器和C1级预热器；其特征在于，还包括：
增设于所述窑尾烟室与分解炉之间的低氮管组件，所述低氮管组件包括沿烟气流向依次衔接的上升管、弧形衔接管和下降管，所述上升管通过烟室引接段连通所述窑尾烟室，所述下降管通过分解炉锥部引接段连通至所述分解炉的底部椎体段，所述上升管所在管段上设置煤粉投加口，所述煤粉投加口位于上升管的中部以下的高度段内；所述低氮管组件内的扩容空间体积为不小于分解炉缩口以下的空间容积；
用于向所述分解炉内、分解炉的出口烟道内、C5级预热器与C4级预热器之间的连接烟道内以及C4级预热器与C3级预热器之间的连接烟道内喷氨的智能SNCR喷氨组件；
所述智能SNCR喷氨组件包括：
第一氨水喷射层，设置于所述分解炉内，包括若干支喷枪；
第二氨水喷射层，设置于所述分解炉的出口烟道内，包括若干支喷枪；
第三氨水喷射层，设置于所述C5级预热器与C4级预热器之间的连接烟道内，包括若干支喷枪；
第四氨水喷射层，设置于所述C4级预热器与C3级预热器之间的连接烟道内，包括若干支喷枪；
以及增设于所述C1级预热器与余热锅炉之间的SCR组件，所述SCR组件与连接C1级预热器出口和余热锅炉之间的烟道并行设置。
3.根据权利要求2所述的水泥窑烟气NOx超低排放系统，其特征在于，所述智能SNCR喷氨组件还包括：
氨水分配模块，通过氨水分配管路分别连接所述各喷枪的进液口，各氨水分配管路上独立设置控制阀和流量计；
压缩空气分配模块，通过气体分配管路分别连接各层喷枪总气体管的进气口，各气体分配管路上独立设置控制阀、压力表和流量计；
以及智能控制模块，所述氨水分配模块和压塑空气分配模块连接并受控于该智能控制模块。
4.根据权利要求3所述的水泥窑烟气NOx超低排放系统，其特征在于，所述智能SNCR喷氨组件还包括DCS信号组，所述DCS信号组接入所述智能控制模块。
5.根据权利要求2所述的水泥窑烟气NOx超低排放系统，其特征在于，所述SCR脱硝组件包括：
预收尘器，所述预收尘器的烟气进口通过烟道连接所述C1级预热器的出口；
SCR反应器，所述SCR反应器的烟气进口通过烟道连接所述预收尘器的烟气出口，所述SCR反应器的烟气出口通过增压风机及管道接入所述余热锅炉的顶部；
挡板门，设于连接所述预收尘器和C1级预热器的烟道内；
喷氨格栅，设于连接所述预收尘器和SCR反应器的烟道内；
以及第一烟气分析仪，用于检测预收尘器出口烟气的特征参数。
6.根据权利要求5所述的水泥窑烟气NOx超低排放系统，其特征在于，所述第一烟气分析仪设置在喷氨格栅的上游。
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