分級燃燒技術的研究和應用

原創 2017-04-10 劉振海 水泥

我公司2 500 t/d生產線采用單系列5級旋風預熱器、Φ5.1 m×30 m管道式分解爐，于2014年12月新上SNCR脫硝系統，NOx排放值控制在400 mg/Nm3以下，氨水使用量在500 kg/h，由于大量的冷風和氨水噴入分解爐，熱耗增加約2~3 kgce/tcl，系統受到影響，熟料生產成本增加較多。為了降低能耗，減少氨水使用量，公司采用分級燃燒技術來降低NOx。經過改造調試，運行3個月減排效果良好，在不噴氨水的情況下，NOx排放降低50%~60%，使用少量氨水或有時停用氨水NOx排放濃度可以降至300 mg/Nm3以下，系統運行穩定。

1　分級燃燒技術的優勢

　　1)與工藝操作相結合，降低并還原窯內產生的熱力型NOx，抑制燃料型NOx的生成，可從源頭有效降低NOx的產生。

　　2)對生產線的正常生產運行和水泥熟料產質量無不利影響。

　　3)降低氨水用量或者停用氨水，減少生產運行成本。

　　4)工藝技術改造后，使運行參數得以優化，系統運行質量和穩定性得到提升，并有一定的節能效果，系統無額外運行成本。

2　技改方案設計理念

　　1)采用分級燃燒技術降低NOx生成量，同時優化分解爐的性能和效果。

　　2)對分解爐結構局部進行優化，使分解爐內的氣體流場和溫度場更加均勻、穩定、合理，提高分解爐性能。

　　3)在分解爐的合適部位分別配置“變流場分解爐燃燒器”和“復合流場分解爐燃燒器”，改善分解爐內煤粉混合、燃燒狀態，保證煤粉的充分燃燒，提高分解爐的能力，降低系統用煤量。變流場分解爐燃燒器內筒距可以調整，并配有外風可以根據燃燒情況進行調整；復合流場分解爐燃燒器的內筒固定配有凈風管。

　　4)配合分級燃燒系統技術原理，采用“精準平衡操作技術”，在運行中三次風管的閥門開度達到100%，在提高分解爐性能的情況下，保證分級燃燒的效果。

3　改造方案

　　將預熱器鎖風閥更換為微動型鎖風閥，該閥鎖風效果更好，可降低預熱器旋風筒之間的內漏風，提高分離效率，降低熱耗。對預熱器下料管撒料箱進行改造，提高生料的分散度。將窯頭煤粉燃燒器更換為低氮型燃燒器，降低一次風的用量。對篦冷機固定床進行技術改造，降低熟料流動速度，增加二次風溫，提高熟料急冷效果，降低出篦冷機熟料溫度。對入分解爐生料下料點和平臺進行改造，撒料臺距噴煤管1~1.5 m，提高生料粉的分散度。對三次風入分解爐管道位置和錐體尺寸進行改造，建立還原區（三次風管改造后抬高1 500 mm，分解爐柱體高度增加50 mm）。將分解爐煤粉由單層的兩個入爐點改造為上下兩層，每層兩個喂煤點。窯尾預熱器系統改造后情況見表1，分解爐的改造方案見圖1。表1　窯尾預熱器改造后參數

4　調試過程

　　調試初期，首先將窯頭燃燒器位置定位在窯中心線零點上面50 mm處，三次風閘閥開度由原來的30%提升至全開，分解爐上下兩層燃燒器用煤比例為4∶6，角度30°，同層兩根燃燒器的用煤比例5∶5，投料量逐漸加至額定產量。

　　運行中現場巡檢發現分解爐錐部有燒紅現象，窯皮由16 m縮短到14 m，窯皮脫落頻繁，燒成帶窯皮厚度不夠、不均勻、不結實。這樣一來系統稍有波動，熟料質量就不穩定，長期運行導致窯的耐火磚脫落。改進措施：在配料方面，要想提高窯皮的質量，首先要調整熟料的配料，配料方案的基本原則是，KH控制在0.90~0.91，SM控制在2.5~2.6，IM控制在1.5~1.6；窯速由3.6 r/min提高到3.9 r/min，實現薄料快燒；分解爐上燃燒器角度（與分解爐軸心線)由45°調整到30°，三次風閥開度由60%調整到100%，二次風溫控制在   (1175±25) ℃，二次風壓力控制在0~-50 Pa，分解爐錐體下兩根燃燒器的角度由45°調整到30°；上下兩層燃燒器用煤比例由1號∶2號∶3號∶4號=20%∶20%∶30%∶30%調整為1號∶2號∶3號∶4號=10%∶10%∶40%∶40%，窯頭燃燒器內外風比例由35%∶65%調整為40%∶60%，窯頭用煤量由6.1 t/h調整為5.2~5.4 t/h，分解爐用煤量由11.4 t/h調整到10.6~10.8 t/h（在同樣煤質的情況下），窯內空氣過剩系數控制在1.05，廢氣中O2濃度控制在2.0%~2.5%。經過一個月的調整，窯系統運轉正常，窯尾煙室、分解爐常年不結皮，窯產量穩定在3000 t/d，噸熟料標煤耗由112.85 kg下降到110.71 kg，NOx下降30%~40%。

5　經濟效益

　　改造后運行指標：改造后NOx排放濃度由950~1000 mg/Nm3下降到400~500 mg/Nm3，降幅52.63%；改造后噸熟料氨水用量由4.1 kg下降到1.1 kg，降幅73.2%；因氨水的使用量減少，使熟料熱耗也下降，節能減排明顯。

6　結束語

2015年4月分級燃燒技術改造投入運行后，脫硝效率可達到60%，窯用煤量比改造前下降2%~3%，熟料產質量得到很大程度的提高，窯熟料日產量穩定在2950 t/d以上，熟料28 d抗壓強度在58 MPa以上。窯系統技術操作參數的設定比較重要，操作人員要學習領會改造思想理念，適應改造后的精細化操作要求。分級燃燒技術是一項無需運行成本的脫硝技術，也是水泥行業節能減排降低NOx的一項技術創新，在改造的過程中還存在很多問題，還有提高效益的空間，需進一步探討和摸索。

作者：劉振海

作者單位：山東聯合王晁水泥有限公司

文章摘自《水泥》雜志2017年第2期