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《中国建材报》:“十二五”科技成果“全过程低氮燃烧技术”成功应用水泥行业
    作者: 时间:2017-01-09 打印
     
 

来源:《中国建材报》4版  作者:杨红彩  发表时间:2016/12/29

  中国建筑材料科学研究总院(简称中国建材总院)北京凯盛建材工程有限公司作为我国水泥预分解技术提出、实验室试验、工业试验的率先完成单位,对水泥烧成系统节能减排不断进行创新改造,针对目前低氮燃烧技术应用现状,开发了全过程低氮燃烧技术。该技术是在之前低氮燃烧器、分级燃烧等技术的基础上,分析了水泥熟料的煅烧全过程和伴随这一过程氮氧化物的生成和削减,在确保水泥熟料煅烧质量和低煤耗、低成本实现脱硝的前提下,从水泥窑系统氮氧化物生成和还原削减的基本原理出发,由窑炉内氧化还原气氛的控制入手,着眼于窑炉整个燃烧过程中氮氧化物低水平条件下的平衡,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整体纳入系统控制,从抑制氮氧化物的生成和还原已生成的氮氧化物两方面入手,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的调控,实现对窑炉温度场和气氛场的系统控制,进一步研究和开发出应用于水泥窑炉全系统的低氮燃烧技术,大幅度降低窑炉内氮氧化物的生成和增强窑炉内氮氧化物的还原,低成本地实现水泥窑炉氮氧化物的减排。

  该技术应用在内蒙古通辽中联2500t/d水泥生产线。改造前水泥生产线NOx排放浓度高,运行时窑尾烟囱NOx排放浓度达到720~750mg/Nm3,为了满足国家新的环保标准要求不得不采用SNCR方式在分解炉内喷入大量的氨水来降低氮氧化物排放量,带来了成本的大幅升高。为了降低系统产生的氮氧化物,减少SNCR喷入的氨水,降低生产成本,该厂在认真研究了全过程低氮燃烧技术后,实施了水泥窑炉全过程低氮燃烧技术改造,主要包括对窑尾煤粉输送管道、分解炉燃烧器、三次风管、下料口等部分的改造。

  窑尾煤粉输送管道和分解炉燃烧器改造

  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,在分解炉锥部增加两个燃烧器,改造后锥部两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的不完全燃烧形成的CO、CXHX+等还原物质,将分解炉还原区域向上下游延伸,扩大了还原区的疆域,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根据现场布置进行改造。

  三次风管改造

  增加连接至分解炉中上部的三次风支管,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。

  生料下料改造

  将预热器的下料分成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。

  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、在煅烧过程中同时还原的原理,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。

  首先通过燃料分级燃烧,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,随着阀门开度增大,烟囱NOx排放量由906mg/m3降低至830mg/m3,实现NOx的排放量平均降低约10%;然后通过空气分级燃烧,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风管支管阀门,将20%的三次风从分解炉的上部喷入,NOx的排放量由849mg/m3降低至667mg/m3,实现NOx排放量平均降低20%~40%;最后通过对整个烧成系统利用全过程低氮燃烧技术进行调整,扩大系统还原区域,强化系统还原气氛,NOx的排放量已经由之前的667mg/m3降低至347.5mg/m3,实现NOx排放量降低50%以上,NOx减排效果明显。

  应用全过程低氮燃烧技术后,在SNCR不投运时,NOx排放量有较大幅度降低,改造前NOx为700~800mg/Nm3,改造后NOx排放量为300~500mg/Nm3,通过第三方检测,平均值425mg/Nm3,从而验证了全过程低氮燃烧技术理论和实践的统一。

  由此可见,在窑况相同的情况下,分别分部启动燃料分级和助燃风分级燃烧技术,NOx含量降低10%~30%;通过全过程低氮燃烧技术,将水泥烧成系统视为一个有机整体,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有控的还原气氛区域,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。

  随着国家对水泥行业节能环保要求的日趋强烈,低氮燃烧技术在水泥窑炉的应用前景将非常广阔。低氮燃烧技术能在保证熟料煅烧效率和熟料质量的前提下,使部分NOx在分解炉内还原,无需喷入还原剂,无二次污染,使NOx的排放量降低15%~30%,是运行成本最低、最有前景的NOx减排技术。