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水泥熟料低氮燒成系統技術

2020-02-25

熱力型NOx: 主要是在溫度高于1500℃時 ,空氣中的N2和O2反應而生成。

燃料型NOx: 是燃料和原料中的氮氧化而生成的。煤中氮主要以有機形 態賦存,氮含量約為0.5%2.5%;原料中氮含量主要以 NH4 +形式存在于 有機組分中,由天然原料配成的生料中,NH4 +含量約為80200g/t。

瞬時型NOx: 是碳氫類燃料在過??諝庀禂?/span>α1的富燃料條件下 ,碳氫 化合物和 N2在火焰面內快速反應而生成。

水泥熟料燒成過程中,回轉窯窯頭使用大約整個系統用煤量的40%,產生 NOx7501200ppm;經過分解爐的相關作用,出預分解系統的NOx 600700ppm 。燒成系統平均排放濃度為650ppm。
相當一部分新型干法水泥生產線NOx排放濃度超過這個平均數據。
超標原因:燃料品質;原材料配料,操作參數及操作穩定性等

一、回轉窯部分NOx生成類型和生成量的主要因素

1、燒成溫度的影響:回轉窯主燃燒器火焰溫度高 17002000 ℃,這種量 級的火焰溫度會促使熱力型 NOx大量生成。研究表明, 當溫度高于1500℃時,溫度 每上升100℃,熱力型NOx 反應速率就會增長6--7倍。

2、火焰形狀的影響:根據定性判斷,火焰形狀拉長 ,可以降低高溫點溫度,減 少熱力型NOx生成量。但過長 的火焰會降低高溫區燒成溫 度,從而影響水泥熟料質量 (游離鈣高,合格率降低)。

3、廢氣在窯內 的停留時間:在熱能流量相同的條件下, 窯截面空氣流量越大,燃燒 氣體在高溫區的停留時間越 短,形成的NOx量越少。因此 縮短煙氣在燃燒器出口端附 近高溫區停留時間,可減少氧 分子和氮分子的氧化反應機 率,從而可降低 NOx的生成 量。

4、過??諝庀禂担?/span>在熱能流量相同的條件下, 窯截面空氣流量越大,燃燒 氣體在高溫區的停留時間越 短,形成的NOx量越少。因此 縮短煙氣在燃燒器出口端附 近高溫區停留時間,可減少氧 分子和氮分子的氧化反應機 率,從而可降低 NOx的生成 量。

5、煤粉的水分和細度     二次風的含塵量

二、預熱預分解系統NOx生成類型和生成量的主要因素

分解爐和窯尾上升管道區域 ,燃料燃燒溫度約為9501200℃,在此溫度范圍內,基本不產生熱力型NOx。但是由于分解爐內的溫度主要在800℃左右,而在這個溫度 下,主要生成燃料型NOx(包含生料)。

只有當分解爐的噴煤管設計使用不當,出現集中火焰時,會出現局部高溫。這時有產生熱力型NOx的可能。當煤粉的濃度過大(局部過??諝庀禂颠^小)時,就有產生瞬 時型NOx的情況。

  1. 國內水泥行業使用比較多且也比較有效的以燃燒廢氣處理技術為多。例如SNCR(選擇性非催化還原法)。其次是 兩種技術結合的技術。例如:分解爐二次燃燒技術(燃燒過程控制技術)加SNCR技術的組合。

  2. 所有的燃燒廢氣處理技術,都需要增加新的設備和消耗物質,增加新的運行成本。這對本身已經是成本偏高的水 泥行業來說,無疑是雪上加霜。

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

    2.2、每噸熟料生產成本將增加4-6元的消耗品;

    2.3、結皮增加:噴入之水與料?;旌?,影響旋窯通風,降低產量;

    2.4、增加人力:噴嘴長期受高溫燒烤易損壞;

    2.5、人工維修費用增加:須增加人工清理噴嘴;

    2.6、因為增加的液體會產生水汽,因此會增加系統的工況煙氣量,增加排風機負荷,影響窯的產量。


  3. 采用低氮型的燃燒器;

  4. 降低一次風的用量,降低一次空氣的速度(壓力低),多用二次高溫風;

  5. .減少燃燒環境的氧含量,使煤粉在比較低過??諝庀禂档沫h境中燃燒;

  6. .分解爐內分階段空氣燃燒;

  7. 分解爐內分階段煤粉燃燒;

  8. 改變分解爐的結構,使燃燒區溫度和氣流場均勻合理(參照電廠鍋爐);

  9. 穩定工藝參數(溫度、流速等)和操作。

  10. 當采用低氮燃燒器時,熟料的立升重會降低。游離鈣會增高。因此會在一 定程度上影響熟料的質量和產量。

  11. 當在分解爐內的低過??諝鈪^域噴入煤粉,減少NOx的產生時,容易造成煤 粉的不完全燃燒,導致熱耗升高。并且容易造成預熱器系統的結皮堵塞。


    如果能夠在采取上述措施時,同時對燒成系統進行優化升級,將會彌補采取上述技術措施帶來的一些不足,使這些措施充分發揮 作用,并可增加節能的經濟效益。
        
    根據水泥熟料燒成系統的在運行時產生N0x機理,降低系統的用煤量可以降低N0x的生成量;控制燃燒條件可以減少N0x的生 成量;同樣的原理,改變分解爐的結構,改變燃燒環境,可以從分解爐的部位減少N0x的生成量。 80年代,美國富勒公司就已經做過在分解爐這個環節減少NOx生成量的工廠試驗(不是分級燃燒),并成功的降低了N0x的生 成量、降低了系統的熱耗(沒再繼續使用的原因不明)。國內SS工廠,在80年代也由國外公司設計使用了這種原理的技術,但最終因為系統經常堵塞,設備不能正常運行而棄置不用了。
        
    國內近幾年出現了高固氣比預熱預分解系統。這種系統是采用燃燒過程控制技術來降低燒成系統NOx排放的一個技術范例。其關鍵技術在窯尾預熱器和分解爐系統。雖然目前這個系統運行的不是十分穩定,且其減排原理尚在探討之中。但其實際降低了NOx排放的 效果,已經被肯定了。

 

  1. "在對水泥熟料燒成系統進行以節能降耗為主要目標的優化升級的 技術措施中,在提高系統剛性,穩定運行參數的前提下,有針對性的采取了對 燃燒過程進行減少氮氧化物產生的一系列控制技術。實現了減少氮氧化物排放的實際效果。"

    綜合國內外公認的多種燃燒過程減排的成熟措施。并發 揮淄博科邦熱工科技公司在應用技術研究方面的優勢, 對這些技術組合使用時的工藝參數進行了匹配、優化。 從而形成了一項新的技術。新技術解決了單獨采用這 些技術或簡單組合使用時出現的缺陷。同時使系統的性 能得到提升。

  2. 減少氮氧化物(NOx)排放濃度30--50%(視原燃材料情況不同而定);

  3. 降低系統熱耗5--10%;

  4. 產量提高10---15%;

  5. 熟料游離鈣平均降低0.5--1%;

  6. 熟料3d、28d的強度提高1.5--3Mpa.;

  7. 系統運行參數(壓力、溫度)非常穩定;

  8. 燒成帶窯皮光滑平整,耐火磚壽命提高。

    通過對三次風管的結構優化,將三次風溫在原來的基礎上提高90--200℃。采用三次風管的閥門100%的打開的 操作方法,充分利用三次風來穩定、提高分解爐的性能。同時控制窯內的過??諝庀禂翟诒容^低的工況下。 實現窯內低過??諝庀禂档娜紵隣顟B。

    窯頭噴煤管定位在中心線以上的位置,避免窯內過??諝饨档?,容易產產生還原氣氛后,容易導致游離鈣升高 的現象。同時采用低風量大推力低氮燃燒器,調整出長而均勻的火焰。避免出現火焰的局部高溫,減少熱力型 氮氧化物的產生。

    1、低風量大推力低氮燃燒器設計和使用技術(專利)

    1.1一次風量≤6%;凈風機壓力≤36kpa;

    1.2火焰形狀長而均勻,避免了出現高溫集中區域;減少了熱力型NOx的產生;

    1.3解決了低氮燃燒器容易導致熟料游離鈣偏高的的問題;

    1.4窯皮光滑、平整、堅固。提高了燒成帶耐火磚的壽命;

    1.5新的噴煤管的調整和使用方法。

    2. 分解爐優化技術

    主要對分解爐的關鍵部位進行優化。結合對三次風管的改造,增加了三次風的用量,對三次 風入爐的的結構和工藝參數進行優化。穩定分解爐內的流場、溫度場和物料分布工況。減少 了煤粉的用量。為減少燃料型、瞬時型NOx創造了條件。并從結構上穩定操作工藝參數。使 其對原料波動(成分和喂料量)的適應性增強。同時降低了分解爐的阻力,保證了系統產、 質量的穩定。

    3. 低熱耗、低阻力三次風管技術

    改造三次風管的結構。使三次風管在正常運行期間能夠將閥門開到最大程度,使三次風的溫 度降低的程度,在從窯頭罩到分解爐入口附近的位置時(不受窯尾煙室的高溫影響),只降 150℃左右,阻力只有150--250pa。使燒成系統的空氣平衡在新的狀態。與其它技術一起使 用,構成了穩定的運行狀況。


  1. 4. 變流場分解爐燃燒器(專利)

    燃燒器噴出的空氣和煤粉的混合氣流的形狀和狀態可以多樣調整;多根噴煤管 組合使用,與窯內煙氣和三次風共同組合成低過??諝庀禂祬^和富氧區(少燃料 區)。煤粉在分解爐內分布均勻,不會在分解爐內出現溫度集中區域。減少了燃 料型、瞬時型NOx的產生。同時分解爐內不會結皮。通過調整噴煤管的使用位置, 可以減少分解爐的用煤量,同時減少NOx的生成量。

    5. 分解爐鵝頸管技術(專利)

    在分解爐上設置帶有回料結構的鵝頸管。使部分在分解爐內的富燃料區域(為減少瞬時型NOx設計的)沒有充分燃燒的煤粉和部分分解率在85%以下的生料再 次回到分解爐內進行燃燒和分解。提高了分解爐的性能,提高了煤粉的燃盡率, 控制了燃料型NOx的產生。鵝頸管中特殊結構的回料機構設計技術,保證了回料 的通暢,避免了回料系統容易出現的塌料、堵塞等容易導致的工藝參數的大幅 度波動,系統運行不穩定的缺陷。同時解決了原來采用其中一些技術措施時, 容易造成熱耗升高的問題。

    重點從結構和工藝參數的匹配方面來提高和穩 定系統的運行工況,同時也提出了新的操作理念和原則,因此符合了在此之前專家們提出的降低氮氧化物措施中的操作參數及操作穩定性 等多方面的原因。采用技術:

    大推力低氮燃燒器(因工廠資金原因沒有更換風機);

    變流場分解爐燃燒器;

    分解爐鵝頸管技術;

    分解爐結構優化;

    微動型鎖風閥;

    縱向控制流固定床。

    實現效果:

    產量提高200t/d;

    熱耗降低100kcal/kgcl;

    3 NOx排放降低30%以上;環保局檢測值:103--250mg/m3(后排風機出口);

    熟料平均游離鈣<1.2%。合格率>97%。

    眾所周知,水泥行業與燃煤的電力行業不同,氮氧化物的產生量還與原材料和配料有關,與工藝參數和操作有關,同時還要控制熟料的質量。因此,一些應用技術受到一 定程度的限制。
        
    水泥熟料低氮燒成技術不可能使氮氧化物完全不產生。但是他可以在相當的程度上,減少其生成量。同時降低熱耗。 這項技術既可以做為脫硝技術單獨使用(原來排放濃度在600--700mg/m3左右的),又可以和煙氣脫硝技術組合使用。彌補煙氣脫硝技術的一些不足。組合使用后,可以實 現脫硝效率達到60--90%的水平。同時有望實現極低氮氧化物排放的標準(100mg/m3)。極大的降低脫硝的運行成本。并提高熟料質量。 采用低氮燒成技術后,出現過熟料顏色改變的情況。但是熟料質量沒有改變。顏色改變的具體原因目前尚不明確。

     

 

    


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