一、改造背景
日照中联水泥拥有两条2*2500t/d新型干法水泥熟料生产线，采用窑外预分解旋窑生产工艺。应环保要求，2014年日照中联水泥增加SNCR脱硝系统降低NOX排放。使用初期，NOX排放指标为400mg/m³以下，脱硝氨水使用量1#窑约300Kg/h，2#窑约450Kg/h。在2017年NOX排放指标调整为300mg/m³以下，1#窑约430Kg/h，2#窑约650Kg/h，下表是2014年至2018年脱硝氨水消耗统计。
2014年至2018年脱硝氨水消耗统计表
从上表统计可以看出，2017年NOX排放指标调整为≤300mg/m³后，双窑脱硝氨水使用量明显升高。其中，1#窑升高140Kg/h，2#窑升高216Kg/h，最高瞬时用量达到1000Kg/h以上，造成生产成本升高的同时带来较大安全隐患（枣庄某水泥厂2018年发生脱销氨水闪爆事故，窑门直接飞出近5米远），并且带来氨逃逸增加问题。
二、原因分析
熟料煅烧过程中NOX生成原理：燃料燃烧过程中，高温下由助燃空气中的N2和O2化合形成。助燃空气中的氮，在高温下被氧化，其反应所需要的活性氧原子也来源于氧分子的高温裂解。
其反应方程式为：N2+O2—→2NO；NO+1/2O2—→NO2
由燃料燃烧生成的NOX占熟料生产生成的的NOX总量的绝大部分。另外原料中含氮氧化物分解形成的NOX，在生成的NOX总量中，其占有比例很小。
因此，在熟料生产过程中，NOX总量的大部分产生于回转窑的煅烧过程，减少和还原回转窑产生的NOX是降低脱销氨水使用量关键。因此，利用分解炉锥部还原区对NOX进行还原能有效减少脱硝氨水用量。
2CO+NO2—→2CO2+N2
根据武汉理工大学谢峻林教授团队的数值模拟技术，日照中联水泥2#分解炉内气体流向如下图：
通过上图，可以清晰的看到三次风进入分解炉锥体后，气流有向下运动的轨迹，从而导致分解炉设计的还原区实际面积较小，并且三次风带来充足的O2使得尾煤燃烧较充分，无法产生足够的还原剂CO，使得2#窑脱硝系统氨水使用量偏高。
三、确定改造方案
结合日照中联水泥实际情况，经多次分析研究，日照中联水泥决定先对2#窑三次风管入炉位置进行调整，将原先下倾15°入炉管道改造为接近水平入炉，改变入分解炉三次风方向，增大分解炉锥体还原区体积。同时将原尾煤燃烧器离三次风管较远的一只位置下移，实现分级燃烧，从而产生足够的还原剂CO。
施工图纸如下：
四、改造效果
2018年底，在错峰停机期间，对2#窑入分解炉三次风管按照既定改造方案实施位移改造。根据计算，改造后分解炉锥体还原区面积从约12m³扩大到约25m³。同时，对回转窑尾煤燃烧器位置进行调整，从原先尾煤平行对向喷入分解炉，调整为一上一下喷入分解炉，实现分级燃烧。
改造完成后，回转窑于2019年3月15日恢复生产，至6月1日错峰停机，2#窑脱硝氨水使用量降至400Kg/h以下，较改造前氨水使用量减少约260Kg/h，改造效果良好。
经济效益：按全年运行210天，节省氨水使用量按260Kg/h计算，则年可节约氨水使用量210d*24h/d*260Kg/h/1000t/kg=1310t，氨水采购价格按710元/吨，年可节约氨水采购费用1310t*710元/t=93万元。
2020年，NOX排放指标调整为≤100mg/m³后，2#窑回转窑脱销氨水用量在500-550Kg/h，较改造前NOX排放指标≤300mg/m³仍节约120Kg/h，使用效果良好。
五、结束语
通过对2#回转窑三次风管入分解炉进口角度改造，扩大了还原区面积；通过尾煤燃烧器位置调整改造，实现尾煤分级燃烧，有利于还原剂CO的产生，从而大幅降低了脱销氨水用量，不但降低了生产成本，还降低了安全风险，减少了氨逃逸造成的二次环境污染。