全過程低氮燃燒技術(shù)在水泥廠的應(yīng)用
1全過程低氮燃燒技術(shù)介紹
分級燃燒技術(shù)和再燃脫硝技術(shù)在操作過程中除了分風(fēng)、分煤等的硬件設(shè)施外，還需要圍繞燒成主線的全系統(tǒng)精細(xì)化操作，粗放的操作模式不能有效降低氮氧化物的排放。由于現(xiàn)有的技術(shù)還不能實現(xiàn)低成本、有效地NOx的減排，因此，有必要進(jìn)行觀念的更新、技術(shù)的整合和參數(shù)的優(yōu)化，提高低氮燃燒的效率，實現(xiàn)水泥窯爐的低氮排放。針對當(dāng)前低氮燃燒技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀，我公司開發(fā)了全過程低氮燃燒技術(shù)，該技術(shù)是在分級燃燒技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步研發(fā)的降低系統(tǒng)NOx排放量的技術(shù)，將窯爐全系統(tǒng)的預(yù)熱器、分解爐、回轉(zhuǎn)窯、噴煤管、三次風(fēng)管和煤粉及生料喂料作為一個有機(jī)的整體納入系統(tǒng)控制，從抑制NOx的生成和還原已生成的NOx兩方面入手，對燃料品質(zhì)、燃料制備質(zhì)量、燃料與助燃空氣的合理分布，燃燒器的旋轉(zhuǎn)動量與軸向動量等影響因素進(jìn)行科學(xué)合理地調(diào)控，實現(xiàn)對窯爐溫度場和氣氛場的系統(tǒng)控制，實現(xiàn)窯爐全過程NOx的形成控制及還原分解。
全過程低氮燃燒技術(shù)從燃料控制、回轉(zhuǎn)窯控制、分解爐控制三方面進(jìn)行系統(tǒng)控制，其原理見圖1。
圖1全過程低氮燃燒技術(shù)
2示范線技術(shù)改造實例
內(nèi)蒙古某2500t/d水泥生產(chǎn)線窯尾煙囪NOx排放濃度達(dá)到720~750mg/Nm3（O2@10%，下同），為滿足環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求采用SNCR技術(shù)來降低NOx的排放量，但成本升高較多。為了降低NOx排放，減少噴入的氨水，降低生產(chǎn)成本，該廠采用了全過程低氮燃燒技術(shù)進(jìn)行改造。
2.1技術(shù)改造方案
本水泥生產(chǎn)線回轉(zhuǎn)窯為Φ4m×60m，分解爐為在線管道式分解爐，爐容為584m3，較大的爐容有足夠的空間形成還原區(qū)域，改造工作量小，不需要改變分解爐主體結(jié)構(gòu)。
改造主要包括以下幾個部分：
1）窯尾煤粉輸送管道和分解爐燃燒器
對分解爐喂煤點進(jìn)行重新設(shè)計和布置，保持原分解爐兩個燃燒器位置不變，在分解爐錐部增加2個燃燒器，改造后錐部2個燃燒器的喂煤量為窯尾喂煤量的30%，利用窯內(nèi)過？諝馀c過量煤粉不完全燃燒形成的CO、CxHy等還原物質(zhì)，實現(xiàn)將分解爐還原區(qū)域向上下游延伸，擴(kuò)大了還原區(qū)域，還原回轉(zhuǎn)窯內(nèi)產(chǎn)生的NOx，同時抑制燃料型NOx的生成。相應(yīng)地對窯尾煤粉輸送管道（窯尾塔架內(nèi)部分）根據(jù)現(xiàn)場布置進(jìn)行改造，見圖2。
圖2燃料分級煤粉輸送管道
2）三次風(fēng)管的改造
增加三次風(fēng)支管連接至分解爐中上部，將15%～20%的三次風(fēng)引至分解爐中上部，使分解爐中下部過剩空氣系數(shù)降至0.85左右成為貧氧還原區(qū)，還原在回轉(zhuǎn)窯中熟料煅燒產(chǎn)生的熱力型NOx和燃料型NOx，同時抑制分解爐內(nèi)煙煤燃燒新生成的燃料型NOx。支管的三次風(fēng)使分解爐的中上部恢復(fù)過？諝庀禂(shù)1.05左右的正常狀態(tài)，確？扇嘉镔|(zhì)的充分燃燒，見圖3。
圖3助燃風(fēng)分級管道
3）生料下料改造
將C4預(yù)熱器的下料分成3個下料口，分別布置在分解爐的中部和錐部。在操作上同時調(diào)節(jié)C4下料閥分至分解爐底部的生料比例，以防局部溫度過高造成結(jié)皮。
2.2操作調(diào)試
在保證系統(tǒng)的燒成溫度，滿足熟料煅燒要求的基礎(chǔ)上，基于全過程低氮燃燒技術(shù)低氧、低氮、控制高溫、在燃燒過程中同時還原的原理，在操作過程中的思路是適當(dāng)降低窯內(nèi)煅燒溫度，減少煙氣在高溫段的停留時間，適當(dāng)控制窯內(nèi)煅燒氣氛，增大分解爐還原區(qū)域，同時對相關(guān)工藝過程進(jìn)行對比試驗，以研究影響NOx排放濃度的因素。
1）通過燃料分級燃燒，將30%的煤粉從分解爐的錐部噴入，分步打開分解爐下部的兩個煤粉燃燒器管道上閥門，可以看到隨著閥門開度增大，煙囪NOx排放量降低，NOx的排放量降低約10%，見表1。
表1燃料分級燃燒效果
2）通過空氣分級燃燒，將20%左右的三次風(fēng)引入分解爐上部，分步打開分解爐上部的三次風(fēng)支管閥門。由表2數(shù)據(jù)可知，將20%的三次風(fēng)從分解爐的上部噴入，NOx的排放量降低20%～40%，減排效果明顯。
表2空氣分級燃燒效果
3）10月4日僅進(jìn)行了燃料分級燃燒和空氣分級燃燒，11月5日對整個燒成系統(tǒng)利用全過程低氮燃燒技術(shù)進(jìn)行調(diào)整。由表2可以看出，11月5日NOx的排放量已經(jīng)降低至347.5mg/Nm3，而10月4日的NOx排放量為667mg/Nm3，是11月5日排放量的2倍。由表3對比兩次燒成系統(tǒng)數(shù)據(jù)可知，利用全過程低氮燃燒技術(shù)，燒成系統(tǒng)整體溫度降低，與調(diào)整前相比降低約100℃。
表3全過程低氮燃燒技術(shù)調(diào)試數(shù)據(jù)
3應(yīng)用效果
2015年11月4日，對系統(tǒng)煙囪NOx排放量進(jìn)行了檢測，發(fā)現(xiàn)應(yīng)用全過程低氮燃燒技術(shù)后NOx排放量有較大幅度降低，改造前NOx排放量為700～800mg/Nm3,改造后NOx排放量在300～600mg/Nm3之間波動，檢測平均值為421mg/Nm3。
4結(jié)論
1）在窯況相同的情況下，分別分步啟動燃料分級和助燃風(fēng)分級燃燒技術(shù)，NOx含量降低10%～30%。
2）調(diào)整系統(tǒng)燒成狀態(tài)，降低燒成系統(tǒng)溫度，可以大幅度減少NOx的生成，是降低NOx排放的有效措施。
3）通過全過程低氮燃燒技術(shù)，將水泥燒成系統(tǒng)視為一個有機(jī)的整體，進(jìn)行全系統(tǒng)和全流程的系統(tǒng)控制，一方面實現(xiàn)在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)抑制熱力型NOx的生成，另一方面在分解爐和回轉(zhuǎn)窯的中后部形成可控的還原氣氛區(qū)域，抑制燃料型NOx的生成，同時還原部分已生成的NOx，是降低NOx排放的根本措施。
作者單位：北京凱盛建材工程有限公司
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