全过程低氮燃烧技术在水泥厂的应用

全过程低氮燃烧技术在水泥厂的应用全过程低氮燃烧技术在水泥厂的应用1全过程低氮燃烧技术介绍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，