水泥窯煙氣脫硝燒成系統(tǒng)的應(yīng)用研究

　　本文介紹了水泥窯煙氣脫硝窯頭燒成和窯尾燒成系統(tǒng)改造的技術(shù)原理和技術(shù)方案，探討了采用窯頭低氮煤粉燃燒技術(shù)可實現(xiàn)降低回轉(zhuǎn)窯內(nèi)熱力型NOx生產(chǎn)量，采用窯尾分解爐高強還原燃燒控制技術(shù)可實現(xiàn)將回轉(zhuǎn)窯內(nèi)熱力型NOx高強還原，大大降低了NOx生產(chǎn)量，結(jié)合實踐應(yīng)用，驗證了采用窯頭低氮煤粉燃燒技術(shù)和分解爐高強還原燃燒控制技術(shù)可實現(xiàn)脫硝效率60%以上，大大降低了NOx排放濃度和排放總量，降低了氨水用量和脫硝成本。

　　1．前言

　　隨著環(huán)境保護工作形勢的日益嚴(yán)峻，NOx作為重點管控指標(biāo)之一，新型干法水泥回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的燒結(jié)溫度高，過?？諝饬看?、NOx排放濃度高且灰量大使其脫硝工程面臨著艱巨的挑戰(zhàn)。目前用于水泥回轉(zhuǎn)窯NOx排放的控制技術(shù)大多采用選擇性非催化還原技術(shù)SNCR，但SNCR技術(shù)脫氮效率低，日常投入費用太高，給水泥生產(chǎn)增加了較重的經(jīng)濟負(fù)擔(dān)。本文介紹了水泥窯煙氣脫硝窯頭燒成和窯尾燒成系統(tǒng)改造的技術(shù)原理和技術(shù)方案，探討了采用窯頭低氮煤粉燃燒技術(shù)可實現(xiàn)降低回轉(zhuǎn)窯內(nèi)熱力型NOx生產(chǎn)量，采用窯尾分解爐高強還原燃燒控制技術(shù)可實現(xiàn)將回轉(zhuǎn)窯內(nèi)熱力型NOx高強還原，大大降低了NOx生產(chǎn)量，結(jié)合實踐應(yīng)用，驗證了采用窯頭低氮煤粉燃燒技術(shù)和分解爐高強還原燃燒控制技術(shù)可實現(xiàn)脫硝效率60%以上，大大降低了NOx排放濃度和排放總量，降低了氨水用量和脫硝成本。

　　2．水泥窯煙氣脫硝燒成系統(tǒng)技術(shù)原理

　　2.1窯頭低氮煤粉燃燒技術(shù)原理

　　窯頭燒成系統(tǒng)采用低氮燃燒控制技術(shù)，通過控制窯頭燃燒器火焰的高溫動態(tài)時間，減少氮氣和氧氣在高溫區(qū)的反應(yīng)時間。從NOx的反應(yīng)時間，反應(yīng)溫度，反應(yīng)介質(zhì)上控制回轉(zhuǎn)窯內(nèi)NOx的生成量。

　　窯頭燒成系統(tǒng)采用一次風(fēng)量小于6%低氮節(jié)能燃燒器，可保證煤粉充分燃燒的情況下有效減少多余一次風(fēng)進(jìn)入窯內(nèi)，有利于加快煤粉著火速度，較少的一次風(fēng)用量不但可以降低煤耗和電耗而且可以降低燃燒器高風(fēng)速與窯內(nèi)低風(fēng)速速度差所造成的大量空氣聚集而形成的峰值溫度，減少回轉(zhuǎn)窯內(nèi)熱力型NOx的生成量。

　　2.2窯尾分解爐高強還原燃燒控制技術(shù)原理

　　窯尾燒成系統(tǒng)采用分解爐高強還原燃燒控制技術(shù)和窯頭窯尾用煤量優(yōu)化控制技術(shù)，使煤粉在分解爐內(nèi)全部分解，形成大量的CO、CHi、H2、HCN和固定碳等還原劑，將窯內(nèi)產(chǎn)生的熱力型NOx強力還原成N2。從而大幅度減少窯尾煙氣的NOx含量，達(dá)到脫硝的目的。

　　3．水泥窯煙氣脫硝燒成系統(tǒng)技術(shù)方案

　　3.1窯頭低氮煤粉燃燒技術(shù)方案

　?。?）窯頭燃燒器采用一次風(fēng)量小于6%的低氮節(jié)能燃燒器，采用低氮煤粉燃燒控制技術(shù)，降低回轉(zhuǎn)窯內(nèi)熱力型NOx生成量。如圖1所示：

　　圖1 低氮節(jié)能燃燒器頭部實物圖

　?。?）優(yōu)化窯頭煤粉輸送系統(tǒng)，提高窯頭煤粉輸送的氣固比，降低窯頭煤粉輸送的風(fēng)量，降低燃燒型NOx的生成量。

　?。?）控制窯頭燃燒器火焰的高溫動態(tài)時間，減少氮氣和氧氣在高溫區(qū)的反應(yīng)時間。從NOx的反應(yīng)時間，反應(yīng)溫度，反應(yīng)介質(zhì)上控制回轉(zhuǎn)窯內(nèi)NOx的生成量。

　　3.2分解爐高強還原燃燒控制技術(shù)方案

　　（1）窯尾煤粉燃燒系統(tǒng)技術(shù)方案：

　　優(yōu)化窯尾煤粉輸送系統(tǒng)，提高窯尾煤粉輸送的氣固比，降低窯尾煤粉輸送的風(fēng)量。

　　采用高性能專用強旋流擴散型窯尾煤粉燃燒器，優(yōu)化窯尾燃燒器的安裝位置，使擴散的煤粉以一定速度旋流進(jìn)入強力還原區(qū)，提高煤粉的分解效果，以產(chǎn)生最多的還原氣氛。如圖2所示：

　　圖2 脫硝專用強旋流擴散型窯尾煤粉燃燒器實物圖

　?。?）三次風(fēng)管技術(shù)方案

　　窯尾脫硝燒成系統(tǒng)在分解爐形成的強力還原區(qū)是有三次風(fēng)管與窯尾煙室縮口之間的位置形成的，因此，對于三次風(fēng)管的位置有一定的要求，三次風(fēng)管的位置在分解爐形成強力還原區(qū)的上部。

　　（3）四級下料管技術(shù)方案

　　窯尾脫硝燒成系統(tǒng)需對四級旋風(fēng)筒下料管在分解爐下料點的位置需要進(jìn)行優(yōu)化，四級旋風(fēng)筒下料管對分解爐下料點位于三次風(fēng)管之上，高于三次風(fēng)管0.5米以上，將每列單管下料，更改為雙管下料，每單列增加一套分料閥、翻板閥、撒料箱及相應(yīng)的下料管延長。其目的是將相對低溫物料下移，吸收還原區(qū)高溫，凝聚窯氣中析出的堿硫等有害成分，防止結(jié)皮的發(fā)生。

　　具體技術(shù)方案如圖3和圖4所示：

　　圖3 窯尾脫硝燒成系統(tǒng)技術(shù)改造前示意圖

　　圖4 窯尾脫硝燒成系統(tǒng)技術(shù)改造后示意圖

　　4．水泥窯煙氣脫硝燒成系統(tǒng)應(yīng)用實踐

　　河南某重點水泥生產(chǎn)企業(yè)一條5000噸熟料生產(chǎn)線，依照上述技術(shù)方案進(jìn)行了煙氣脫硝窯頭燒成系統(tǒng)和窯尾分解爐燒成系統(tǒng)的技術(shù)改造，取得了良好效果。表1所示為該企業(yè)窯系統(tǒng)脫硝主要參數(shù)：

　　表1 窯系統(tǒng)主要工藝參數(shù)

　　該企業(yè)進(jìn)行煙氣脫硝窯頭燒成和窯尾分解爐燒成系統(tǒng)技術(shù)改造后，不噴入氨水在分解爐強力還原區(qū)上方檢測NOx濃度為600 mg/Nm3，相同NOx控制指標(biāo)情況下，氨水用量平均下降了71%；脫硝綜合效率大于63%。具體技術(shù)改造前后主要工藝參數(shù)對比如表2所示：

　　表2 煙氣脫硝技術(shù)改造前后主要工藝參數(shù)對比