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全过程低氮燃烧技术在水泥厂的应用

2018年03月27日作者:杨红彩等来源:水泥

  1全过程低氮燃烧技术介绍

  分级燃烧技术和再燃脱硝技术在操作过程中除了分风、分煤等的硬件设施外,还需要围绕烧成主线的全系统精细化操作,粗放的操作模式不能有效降低氮氧化物的排放。由于现有的技术还不能实现低成本、有效地NOx的减排,因此,有必要进行观念的更新、技术的整合和参数的优化,提高低氮燃烧的效率,实现水泥窑炉的低氮排放。针对当前低氮燃烧技术的应用现状,我公司开发了全过程低氮燃烧技术,该技术是在分级燃烧技术的基础上进一步研发的降低系统NOx排放量的技术,将窑炉全系统的预热器、分解炉、回转窑、喷煤管、三次风管和煤粉及生料喂料作为一个有机的整体纳入系统控制,从抑制NOx的生成和还原已生成的NOx两方面入手,对燃料品质、燃料制备质量、燃料与助燃空气的合理分布,燃烧器的旋转动量与轴向动量等影响因素进行科学合理地调控,实现对窑炉温度场和气氛场的系统控制,实现窑炉全过程NOx的形成控制及还原分解。

  全过程低氮燃烧技术从燃料控制、回转窑控制、分解炉控制三方面进行系统控制,其原理见图1。

 

  图1全过程低氮燃烧技术

  2示范线技术改造实例

  内蒙古某2500t/d水泥生产线窑尾烟囱NOx排放浓度达到720~750mg/Nm3(O2@10%,下同),为满足环保标准要求采用SNCR技术来降低NOx的排放量,但成本升高较多。为了降低NOx排放,减少喷入的氨水,降低生产成本,该厂采用了全过程低氮燃烧技术进行改造。

  2.1技术改造方案

  本水泥生产线回转窑为Φ4m×60m,分解炉为在线管道式分解炉,炉容为584m3,较大的炉容有足够的空间形成还原区域,改造工作量小,不需要改变分解炉主体结构。

  改造主要包括以下几个部分:

  1)窑尾煤粉输送管道和分解炉燃烧器

  对分解炉喂煤点进行重新设计和布置,保持原分解炉两个燃烧器位置不变,在分解炉锥部增加2个燃烧器,改造后锥部2个燃烧器的喂煤量为窑尾喂煤量的30%,利用窑内过剩空气与过量煤粉不完全燃烧形成的CO、CxHy等还原物质,实现将分解炉还原区域向上下游延伸,扩大了还原区域,还原回转窑内产生的NOx,同时抑制燃料型NOx的生成。相应地对窑尾煤粉输送管道(窑尾塔架内部分)根据现场布置进行改造,见图2。

 

  图2燃料分级煤粉输送管道

  2)三次风管的改造

  增加三次风支管连接至分解炉中上部,将15%~20%的三次风引至分解炉中上部,使分解炉中下部过剩空气系数降至0.85左右成为贫氧还原区,还原在回转窑中熟料煅烧产生的热力型NOx和燃料型NOx,同时抑制分解炉内烟煤燃烧新生成的燃料型NOx。支管的三次风使分解炉的中上部恢复过剩空气系数1.05左右的正常状态,确保可燃物质的充分燃烧,见图3。

 

  图3助燃风分级管道

  3)生料下料改造

  将C4预热器的下料分成3个下料口,分别布置在分解炉的中部和锥部。在操作上同时调节C4下料阀分至分解炉底部的生料比例,以防局部温度过高造成结皮。

  2.2操作调试

  在保证系统的烧成温度,满足熟料煅烧要求的基础上,基于全过程低氮燃烧技术低氧、低氮、控制高温、在燃烧过程中同时还原的原理,在操作过程中的思路是适当降低窑内煅烧温度,减少烟气在高温段的停留时间,适当控制窑内煅烧气氛,增大分解炉还原区域,同时对相关工艺过程进行对比试验,以研究影响NOx排放浓度的因素。

  1)通过燃料分级燃烧,将30%的煤粉从分解炉的锥部喷入,分步打开分解炉下部的两个煤粉燃烧器管道上阀门,可以看到随着阀门开度增大,烟囱NOx排放量降低,NOx的排放量降低约10%,见表1。

 

  表1燃料分级燃烧效果

  2)通过空气分级燃烧,将20%左右的三次风引入分解炉上部,分步打开分解炉上部的三次风支管阀门。由表2数据可知,将20%的三次风从分解炉的上部喷入,NOx的排放量降低20%~40%,减排效果明显。

 

  表2空气分级燃烧效果

  3)10月4日仅进行了燃料分级燃烧和空气分级燃烧,11月5日对整个烧成系统利用全过程低氮燃烧技术进行调整。由表2可以看出,11月5日NOx的排放量已经降低至347.5mg/Nm3,而10月4日的NOx排放量为667mg/Nm3,是11月5日排放量的2倍。由表3对比两次烧成系统数据可知,利用全过程低氮燃烧技术,烧成系统整体温度降低,与调整前相比降低约100℃。

 

  表3全过程低氮燃烧技术调试数据

  3应用效果

  2015年11月4日,对系统烟囱NOx排放量进行了检测,发现应用全过程低氮燃烧技术后NOx排放量有较大幅度降低,改造前NOx排放量为700~800mg/Nm3,改造后NOx排放量在300~600mg/Nm3之间波动,检测平均值为421mg/Nm3。

  4结论

  1)在窑况相同的情况下,分别分步启动燃料分级和助燃风分级燃烧技术,NOx含量降低10%~30%。

  2)调整系统烧成状态,降低烧成系统温度,可以大幅度减少NOx的生成,是降低NOx排放的有效措施。

  3)通过全过程低氮燃烧技术,将水泥烧成系统视为一个有机的整体,进行全系统和全流程的系统控制,一方面实现在回转窑内抑制热力型NOx的生成,另一方面在分解炉和回转窑的中后部形成可控的还原气氛区域,抑制燃料型NOx的生成,同时还原部分已生成的NOx,是降低NOx排放的根本措施。

  作者单位:北京凯盛建材工程有限公司


编辑:治废专家03

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