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
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
使用微信“扫一扫”功能添加“谷腾环保网”
