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水泥熟料低氮烧成系统技术

2019-02-25

热力型NOx: 主要是在温度高于1500℃时 ,空气中的N2和O2反应而生成。

燃料型NOx: 是燃料和原料中的氮氧化而生成的。煤中氮主要以有机形 态赋存,氮含量约为0.5%2.5%;原料中氮含量主要以 NH4 +形式存在于 有机组分中,由天然原料配成的生料中,NH4 +含量约为80200g/t

瞬时型NOx: 是碳氢类燃料在过剩空气系数α1的富燃料条件下 ,碳氢 化合物和 N2在火焰面内快速反应而生成。

水泥熟料烧成过程中,回转窑窑头使用大约整个系统用煤量的40%,产生 NOx7501200ppm;经过分解炉的相关作用,出预分解系统的NOx 600700ppm 。烧成系统平均排放浓度为650ppm
相当一部分新型干法水泥生产线NOx排放浓度超过这个平均数据。
超标原因:燃料品质;原材料配料,操作参数及操作稳定性等

一、回转窑部分NOx生成类型和生成量的主要因素

1、烧成温度的影响:回转窑主燃烧器火焰温度高 17002000 ℃,这种量 级的火焰温度会促使热力型 NOx大量生成。研究表明, 当温度高于1500℃时,温度 每上升100℃,热力型NOx 反应速率就会增长6--7倍。

2、火焰形状的影响:根据定性判断,火焰形状拉长 ,可以降低高温点温度,减 少热力型NOx生成量。但过长 的火焰会降低高温区烧成温 度,从而影响水泥熟料质量 (游离钙高,合格率降低)。

3、废气在窑内 的停留时间:在热能流量相同的条件下, 窑截面空气流量越大,燃烧 气体在高温区的停留时间越 短,形成的NOx量越少。因此 缩短烟气在燃烧器出口端附 近高温区停留时间,可减少氧 分子和氮分子的氧化反应机 率,从而可降低 NOx的生成 量。

4、过剩空气系数:在热能流量相同的条件下, 窑截面空气流量越大,燃烧 气体在高温区的停留时间越 短,形成的NOx量越少。因此 缩短烟气在燃烧器出口端附 近高温区停留时间,可减少氧 分子和氮分子的氧化反应机 率,从而可降低 NOx的生成 量。

5、煤粉的水分和细度     二次风的含尘量

二、预热预分解系统NOx生成类型和生成量的主要因素

分解炉和窑尾上升管道区域 ,燃料燃烧温度约为9501200℃,在此温度范围内,基本不产生热力型NOx。但是由于分解炉内的温度主要在800℃左右,而在这个温度 下,主要生成燃料型NOx(包含生料)。

只有当分解炉的喷煤管设计使用不当,出现集中火焰时,会出现局部高温。这时有产生热力型NOx的可能。当煤粉的浓度过大(局部过剩空气系数过小)时,就有产生瞬 时型NOx的情况。

  1. 国内水泥行业使用比较多且也比较有效的以燃烧废气处理技术为多。例如SNCR(选择性非催化还原法)。其次是 两种技术结合的技术。例如:分解炉二次燃烧技术(燃烧过程控制技术)加SNCR技术的组合。

  2. 所有的燃烧废气处理技术,都需要增加新的设备和消耗物质,增加新的运行成本。这对本身已经是成本偏高的水 泥行业来说,无疑是雪上加霜。

    2.1、每公斤熟料增加耗热13.88Kcal1.98kgce/tcl)

    2.2、每吨熟料生产成本将增加4-6元的消耗品;

    2.3、结皮增加:喷入之水与料粒混合,影响旋窑通风,降低产量;

    2.4、增加人力:喷嘴长期受高温烧烤易损坏;

    2.5、人工维修费用增加:须增加人工清理喷嘴;

    2.6、因为增加的液体会产生水汽,因此会增加系统的工况烟气量,增加排风机负荷,影响窑的产量。


  3. 采用低氮型的燃烧器;

  4. 降低一次风的用量,降低一次空气的速度(压力低),多用二次高温风;

  5. .减少燃烧环境的氧含量,使煤粉在比较低过剩空气系数的环境中燃烧;

  6. .分解炉内分阶段空气燃烧;

  7. 分解炉内分阶段煤粉燃烧;

  8. 改变分解炉的结构,使燃烧区温度和气流场均匀合理(参照电厂锅炉);

  9. 稳定工艺参数(温度、流速等)和操作。

  10. 当采用低氮燃烧器时,熟料的立升重会降低。游离钙会增高。因此会在一 定程度上影响熟料的质量和产量。

  11. 当在分解炉内的低过剩空气区域喷入煤粉,减少NOx的产生时,容易造成煤 粉的不完全燃烧,导致热耗升高。并且容易造成预热器系统的结皮堵塞。


    如果能够在采取上述措施时,同时对烧成系统进行优化升级,将会弥补采取上述技术措施带来的一些不足,使这些措施充分发挥 作用,并可增加节能的经济效益。
        
    根据水泥熟料烧成系统的在运行时产生N0x机理,降低系统的用煤量可以降低N0x的生成量;控制燃烧条件可以减少N0x的生 成量;同样的原理,改变分解炉的结构,改变燃烧环境,可以从分解炉的部位减少N0x的生成量。 80年代,美国富勒公司就已经做过在分解炉这个环节减少NOx生成量的工厂试验(不是分级燃烧),并成功的降低了N0x的生 成量、降低了系统的热耗(没再继续使用的原因不明)。国内SS工厂,在80年代也由国外公司设计使用了这种原理的技术,但最终因为系统经常堵塞,设备不能正常运行而弃置不用了。
        
    国内近几年出现了高固气比预热预分解系统。这种系统是采用燃烧过程控制技术来降低烧成系统NOx排放的一个技术范例。其关键技术在窑尾预热器和分解炉系统。虽然目前这个系统运行的不是十分稳定,且其减排原理尚在探讨之中。但其实际降低了NOx排放的 效果,已经被肯定了。

 

  1. "在对水泥熟料烧成系统进行以节能降耗为主要目标的优化升级的 技术措施中,在提高系统刚性,稳定运行参数的前提下,有针对性的采取了对 燃烧过程进行减少氮氧化物产生的一系列控制技术。实现了减少氮氧化物排放的实际效果。"

    综合国内外公认的多种燃烧过程减排的成熟措施。并发 挥淄博科邦热工科技公司在应用技术研究方面的优势, 对这些技术组合使用时的工艺参数进行了匹配、优化。 从而形成了一项新的技术。新技术解决了单独采用这 些技术或简单组合使用时出现的缺陷。同时使系统的性 能得到提升。

  2. 减少氮氧化物(NOx)排放浓度30--50%(视原燃材料情况不同而定);

  3. 降低系统热耗5--10%

  4. 产量提高10---15%

  5. 熟料游离钙平均降低0.5--1%

  6. 熟料3d28d的强度提高1.5--3Mpa.

  7. 系统运行参数(压力、温度)非常稳定;

  8. 烧成带窑皮光滑平整,耐火砖寿命提高。

    通过对三次风管的结构优化,将三次风温在原来的基础上提高90--200℃。采用三次风管的阀门100%的打开的 操作方法,充分利用三次风来稳定、提高分解炉的性能。同时控制窑内的过剩空气系数在比较低的工况下。 实现窑内低过剩空气系数的燃烧状态。

    窑头喷煤管定位在中心线以上的位置,避免窑内过剩空气降低,容易产产生还原气氛后,容易导致游离钙升高 的现象。同时采用低风量大推力低氮燃烧器,调整出长而均匀的火焰。避免出现火焰的局部高温,减少热力型 氮氧化物的产生。

    1、低风量大推力低氮燃烧器设计和使用技术(专利)

    1.1一次风量≤6%;净风机压力≤36kpa

    1.2火焰形状长而均匀,避免了出现高温集中区域;减少了热力型NOx的产生;

    1.3解决了低氮燃烧器容易导致熟料游离钙偏高的的问题;

    1.4窑皮光滑、平整、坚固。提高了烧成带耐火砖的寿命;

    1.5新的喷煤管的调整和使用方法。

    2. 分解炉优化技术

    主要对分解炉的关键部位进行优化。结合对三次风管的改造,增加了三次风的用量,对三次 风入炉的的结构和工艺参数进行优化。稳定分解炉内的流场、温度场和物料分布工况。减少 了煤粉的用量。为减少燃料型、瞬时型NOx创造了条件。并从结构上稳定操作工艺参数。使 其对原料波动(成分和喂料量)的适应性增强。同时降低了分解炉的阻力,保证了系统产、 质量的稳定。

    3. 低热耗、低阻力三次风管技术

    改造三次风管的结构。使三次风管在正常运行期间能够将阀门开到最大程度,使三次风的温 度降低的程度,在从窑头罩到分解炉入口附近的位置时(不受窑尾烟室的高温影响),只降 150℃左右,阻力只有150--250pa。使烧成系统的空气平衡在新的状态。与其它技术一起使 用,构成了稳定的运行状况。


  1. 4. 变流场分解炉燃烧器(专利)

    燃烧器喷出的空气和煤粉的混合气流的形状和状态可以多样调整;多根喷煤管 组合使用,与窑内烟气和三次风共同组合成低过剩空气系数区和富氧区(少燃料 区)。煤粉在分解炉内分布均匀,不会在分解炉内出现温度集中区域。减少了燃 料型、瞬时型NOx的产生。同时分解炉内不会结皮。通过调整喷煤管的使用位置, 可以减少分解炉的用煤量,同时减少NOx的生成量。

    5. 分解炉鹅颈管技术(专利)

    在分解炉上设置带有回料结构的鹅颈管。使部分在分解炉内的富燃料区域(为减少瞬时型NOx设计的)没有充分燃烧的煤粉和部分分解率在85%以下的生料再 次回到分解炉内进行燃烧和分解。提高了分解炉的性能,提高了煤粉的燃尽率, 控制了燃料型NOx的产生。鹅颈管中特殊结构的回料机构设计技术,保证了回料 的通畅,避免了回料系统容易出现的塌料、堵塞等容易导致的工艺参数的大幅 度波动,系统运行不稳定的缺陷。同时解决了原来采用其中一些技术措施时, 容易造成热耗升高的问题。

    重点从结构和工艺参数的匹配方面来提高和稳 定系统的运行工况,同时也提出了新的操作理念和原则,因此符合了在此之前专家们提出的降低氮氧化物措施中的操作参数及操作稳定性 等多方面的原因。采用技术:

    大推力低氮燃烧器(因工厂资金原因没有更换风机);

    变流场分解炉燃烧器;

    分解炉鹅颈管技术;

    分解炉结构优化;

    微动型锁风阀;

    纵向控制流固定床。

    实现效果:

    产量提高200t/d

    热耗降低100kcal/kgcl

    3 NOx排放降低30%以上;环保局检测值:103--250mg/m3(后排风机出口);

    熟料平均游离钙<1.2%。合格率>97%

    众所周知,水泥行业与燃煤的电力行业不同,氮氧化物的产生量还与原材料和配料有关,与工艺参数和操作有关,同时还要控制熟料的质量。因此,一些应用技术受到一 定程度的限制。
        
    水泥熟料低氮烧成技术不可能使氮氧化物完全不产生。但是他可以在相当的程度上,减少其生成量。同时降低热耗。 这项技术既可以做为脱硝技术单独使用(原来排放浓度在600--700mg/m3左右的),又可以和烟气脱硝技术组合使用。弥补烟气脱硝技术的一些不足。组合使用后,可以实 现脱硝效率达到60--90%的水平。同时有望实现极低氮氧化物排放的标准(100mg/m3)。极大的降低脱硝的运行成本。并提高熟料质量。 采用低氮烧成技术后,出现过熟料颜色改变的情况。但是熟料质量没有改变。颜色改变的具体原因目前尚不明确。

     

 

    


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