海螺白馬山低氮分級燃燒技術(shù)脫氮效率達30%

  摘要：通過對縮口尺寸、撒料板角度、分解爐燃燒器角度、新增三次風管尺寸等關(guān)鍵部位數(shù)據(jù)進行技改后，經(jīng)過分級燃燒脫氮和精細化操作的摸索，現(xiàn)生產(chǎn)線產(chǎn)量穩(wěn)定，質(zhì)量受控，脫氮效率達到30％以上，達到了明顯的環(huán)保減排目的。

  0  前 言

  為響應(yīng)《國家環(huán)境保護“十二五”規(guī)劃》中把氮氧化物降低10％的“十二五”目標值，2012年12月26日，海螺集團白馬山水泥廠5000t／d生產(chǎn)線脫氮技改項目正式啟動，于2013年1月11日改造結(jié)束。

  技改前，我公司參與了優(yōu)化設(shè)計；技改過程中，則進行實時跟蹤監(jiān)控，嚴格按圖紙施工，以確保技改后縮口尺寸、撒料板角度、分解爐燃燒器角度、新增三次風管尺寸等關(guān)鍵部位數(shù)據(jù)與圖紙相符合。技改后，經(jīng)過分級燃燒脫氮和精細化操作的摸索，現(xiàn)生產(chǎn)線產(chǎn)量穩(wěn)定，質(zhì)量受控，脫氮效率達到30％以上，達到了明顯的環(huán)保減排目的。

  1  技改方案

  白馬山5000t／d新型干法線的窯尾系統(tǒng)采用了GDC預(yù)熱分解系統(tǒng)。如何保持和發(fā)揮CDC預(yù)熱分解的優(yōu)勢，同時又充分滿足低氮分級燃燒的需求，成為技改的關(guān)鍵。圖1為CDC分解爐脫氮改造示意圖。

  水泥熟料生產(chǎn)過程中，燃料燃燒產(chǎn)生的NOx，主要由燃料型NOx、熱力型NOx，兩種類型。其中燃料型NOx是由燃料和原料中的氮氧化物反應(yīng)生成；熱力型NOx主要是由在溫度高于1 500℃時，空氣中的N2和O2反應(yīng)而生成。回轉(zhuǎn)窯中燒成帶火焰溫度高達1 500℃以上，除產(chǎn)生燃料型NO_X外，大量助燃空氣中的氮在高溫下被氧化產(chǎn)生大量的熱力型NOx。分解爐內(nèi)燃料燃燒溫度約為950—1200℃，在此溫度范圍內(nèi)，主要生成燃料型NO_x。窯系統(tǒng)排出廢氣中的NOx主要是在窯內(nèi)煅燒帶高溫條件下產(chǎn)生的。因此窯內(nèi)所用燃料愈多，窯尾廢氣中的NOx濃度愈高；

  而分解爐用煤愈多，窯尾廢氣中的NO_X濃度相對減少。分級燃燒脫氮的基本原理是在煙室和分解爐之間建立還原燃燒區(qū)，將原分解爐用煤的一部分均布到該區(qū)域內(nèi)，使其缺氧燃燒以便產(chǎn)生CO、CH4、H4、HCN和固定碳等還原劑。這些還原劑與窯尾煙氣中的NO_X發(fā)生反應(yīng)，將NOx還原成N2等無污染的惰性氣體。此外，煤粉在缺氧條件下燃燒也抑制了自身燃料型NOx產(chǎn)生，從而實現(xiàn)水泥生產(chǎn)過程中的NOx減排。

  根據(jù)“技術(shù)先進、工藝成熟、經(jīng)濟合理”的選擇原則，本技改方案采用了分解爐分級燃燒技術(shù)加精細化操作措施。即：對分解爐進行燃料分級燃燒改造，將燃料分級加入，在分解爐錐部形成還原區(qū)，還原窯內(nèi)產(chǎn)生的熱力型NOx，并抑制燃料型NOx的產(chǎn)生；同時配合操作優(yōu)化調(diào)整措施，控制窯內(nèi)燃燒氣氛，減少窯頭煤粉燃燒空氣過剩系數(shù)，降低窯尾煙氣氧含量，從而降低并穩(wěn)定窯尾廢氣中的NOX排放濃度。具體改造方案如下：

  (1)原系統(tǒng)三次風管引出一旁路，將一部分三次風引入分解爐上部，以在分解爐錐部創(chuàng)造一個缺氧環(huán)境，使煤粉在缺氧條件下燃燒，利于錐部還原氣氛的生成。

  (2)將分解爐煤粉分4點、上下2層喂入，在保證煤粉充分燃燒的同時，適當增加分解爐錐部的煤粉喂入比例，保證缺氧燃燒產(chǎn)生還原氣氛，以還原窯尾煙氣中大量的NO_x。

  (3)分解爐錐部截面改造，減少錐部截面尺寸，以滿足流場需求。

  (4)操作上，適當降低窯內(nèi)通風量和喂煤量，增加三次風量和分解爐喂煤量，盡量降低窯內(nèi)過?？諝庀禂?shù)，減少NOx。生成量；降低高溫風機轉(zhuǎn)速，盡量減少系統(tǒng)用風，在保證減氮效率的同時可降低熟料燒成熱耗，降低系統(tǒng)阻力。

  2 改造后運行調(diào)試情況

  此系統(tǒng)改造耗時15d即投入運行調(diào)試，調(diào)試集中在原三次風擋板與新增三次風擋板開度的調(diào)整上。投運之初，我們將原三次風擋板開度由改前的60％降為30％，對新增三次風擋板開度控制為20％，其它操作參數(shù)基本不變。據(jù)此操作表現(xiàn)為窯內(nèi)煅燒困難，窯電流偏低，窯內(nèi)燒成溫度偏低，熟料持續(xù)不合格，質(zhì)量難以控制。后經(jīng)過研討和多次調(diào)整摸索，將原三次風擋板開度控制為20％，新增三次風擋板調(diào)整為15％，窯系統(tǒng)煅燒正常，窯工況穩(wěn)定，質(zhì)量合格，預(yù)熱器NO_X顯著下降，改造前后的生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)對比見表1。

  目前煅燒中存在的問題為：①燒成帶窯筒體溫度偏低，9.3m處最低165℃，16.3m處最高307 ℃，平均簡體溫度235℃。這說明主窯皮偏厚，長期煅燒會影響窯內(nèi)通風，且厚窯皮吸收燒成熱會引起煤耗上升。②與改造前比較，系統(tǒng)用風偏大，預(yù)熱器系統(tǒng)O₂含量偏大，還有操作調(diào)控的空間，系統(tǒng)NO_x。濃度還能得到進一步的降低。根據(jù)調(diào)試操作參數(shù)變化趨勢及脫氮原理，筆者認為：

  (1)原三次風擋板開度越小越好，新增三次風擋板開度越大越好，這樣有利用提高錐部還原區(qū)CO濃度，大量促成分解爐錐部形成還原氣氛，增強還原效果，進一步降低系統(tǒng)NO_X濃度。

  (2)系統(tǒng)用風可以逐步調(diào)整降低，高溫風機轉(zhuǎn)速減低到700r/min以下，更有利于契合改造設(shè)計原理。高溫風機轉(zhuǎn)速調(diào)整依據(jù)以預(yù)熱器0₂、CO含量(體積分數(shù))分別控制在0.5％、0.03％為宜。

  (3)為了提高分解爐錐部還原區(qū)CO濃度，增強還原效果，還可以嘗試將蝸殼處2路燃燒器用煤量加大，減小分解爐處二路燃燒器用煤量。

  (4)根據(jù)系統(tǒng)NO_X下降程度，要及時加大對窯尾和上升煙道結(jié)皮情況的檢查和清理頻次，保證系統(tǒng)通風順暢。

  (5)在有條件的情況下，可將目前的燃燒器更換為多通道、低一次風的低氮燃燒器，以減少窯內(nèi)NO_x的產(chǎn)生，并穩(wěn)定控制窯尾煙氣的氧含量，可以進一步降低NOX的生成量約5％~20％的效果。

  3 結(jié) 語

  十八大提出建設(shè)“美麗中國”的概念，因此對水泥等行業(yè)的環(huán)保要求是越來越嚴格。“世界水泥看中國，中國水泥看海螺”，作為水泥行業(yè)的排頭兵，海螺水泥一直非常重視脫硝工作。本次CDC預(yù)熱分解系統(tǒng)低氮分級燃燒技術(shù)的應(yīng)用雖然時間短，已經(jīng)取得了很好的降氮效果；但仍有待我們更深入的了解掌握其諸多特性，以便在生產(chǎn)操作時能夠更好地趨利避害，取得更好的效果。