海螺白马山低氮分级燃烧技术脱氮效率达30%

  摘要：通过对缩口尺寸、撒料板角度、分解炉燃烧器角度、新增三次风管尺寸等关键部位数据进行技改后，经过分级燃烧脱氮和精细化操作的摸索，现生产线产量稳定，质量受控，脱氮效率达到30％以上，达到了明显的环保减排目的。

  0  前 言

  为响应《国家环境保护“十二五”规划》中把氮氧化物降低10％的“十二五”目标值，2012年12月26日，海螺集团白马山水泥厂5000t／d生产线脱氮技改项目正式启动，于2013年1月11日改造结束。

  技改前，我公司参与了优化设计；技改过程中，则进行实时跟踪监控，严格按图纸施工，以确保技改后缩口尺寸、撒料板角度、分解炉燃烧器角度、新增三次风管尺寸等关键部位数据与图纸相符合。技改后，经过分级燃烧脱氮和精细化操作的摸索，现生产线产量稳定，质量受控，脱氮效率达到30％以上，达到了明显的环保减排目的。

  1  技改方案

  白马山5000t／d新型干法线的窑尾系统采用了GDC预热分解系统。如何保持和发挥CDC预热分解的优势，同时又充分满足低氮分级燃烧的需求，成为技改的关键。图1为CDC分解炉脱氮改造示意图。

  水泥熟料生产过程中，燃料燃烧产生的NOx，主要由燃料型NOx、热力型NOx，两种类型。其中燃料型NOx是由燃料和原料中的氮氧化物反应生成；热力型NOx主要是由在温度高于1 500℃时，空气中的N2和O2反应而生成。回转窑中烧成带火焰温度高达1 500℃以上，除产生燃料型NO_X外，大量助燃空气中的氮在高温下被氧化产生大量的热力型NOx。分解炉内燃料燃烧温度约为950—1200℃，在此温度范围内，主要生成燃料型NO_x。窑系统排出废气中的NOx主要是在窑内煅烧带高温条件下产生的。因此窑内所用燃料愈多，窑尾废气中的NOx浓度愈高；

  而分解炉用煤愈多，窑尾废气中的NO_X浓度相对减少。分级燃烧脱氮的基本原理是在烟室和分解炉之间建立还原燃烧区，将原分解炉用煤的一部分均布到该区域内，使其缺氧燃烧以便产生CO、CH4、H4、HCN和固定碳等还原剂。这些还原剂与窑尾烟气中的NO_X发生反应，将NOx还原成N2等无污染的惰性气体。此外，煤粉在缺氧条件下燃烧也抑制了自身燃料型NOx产生，从而实现水泥生产过程中的NOx减排。

  根据“技术先进、工艺成熟、经济合理”的选择原则，本技改方案采用了分解炉分级燃烧技术加精细化操作措施。即：对分解炉进行燃料分级燃烧改造，将燃料分级加入，在分解炉锥部形成还原区，还原窑内产生的热力型NOx，并抑制燃料型NOx的产生；同时配合操作优化调整措施，控制窑内燃烧气氛，减少窑头煤粉燃烧空气过剩系数，降低窑尾烟气氧含量，从而降低并稳定窑尾废气中的NOX排放浓度。具体改造方案如下：

  (1)原系统三次风管引出一旁路，将一部分三次风引入分解炉上部，以在分解炉锥部创造一个缺氧环境，使煤粉在缺氧条件下燃烧，利于锥部还原气氛的生成。

  (2)将分解炉煤粉分4点、上下2层喂入，在保证煤粉充分燃烧的同时，适当增加分解炉锥部的煤粉喂入比例，保证缺氧燃烧产生还原气氛，以还原窑尾烟气中大量的NO_x。

  (3)分解炉锥部截面改造，减少锥部截面尺寸，以满足流场需求。

  (4)操作上，适当降低窑内通风量和喂煤量，增加三次风量和分解炉喂煤量，尽量降低窑内过剩空气系数，减少NOx。生成量；降低高温风机转速，尽量减少系统用风，在保证减氮效率的同时可降低熟料烧成热耗，降低系统阻力。

  2 改造后运行调试情况

  此系统改造耗时15d即投入运行调试，调试集中在原三次风挡板与新增三次风挡板开度的调整上。投运之初，我们将原三次风挡板开度由改前的60％降为30％，对新增三次风挡板开度控制为20％，其它操作参数基本不变。据此操作表现为窑内煅烧困难，窑电流偏低，窑内烧成温度偏低，熟料持续不合格，质量难以控制。后经过研讨和多次调整摸索，将原三次风挡板开度控制为20％，新增三次风挡板调整为15％，窑系统煅烧正常，窑工况稳定，质量合格，预热器NO_X显著下降，改造前后的生产运行数据对比见表1。

  目前煅烧中存在的问题为：①烧成带窑筒体温度偏低，9.3m处最低165℃，16.3m处最高307 ℃，平均简体温度235℃。这说明主窑皮偏厚，长期煅烧会影响窑内通风，且厚窑皮吸收烧成热会引起煤耗上升。②与改造前比较，系统用风偏大，预热器系统O₂含量偏大，还有操作调控的空间，系统NO_x。浓度还能得到进一步的降低。根据调试操作参数变化趋势及脱氮原理，笔者认为：

  (1)原三次风挡板开度越小越好，新增三次风挡板开度越大越好，这样有利用提高锥部还原区CO浓度，大量促成分解炉锥部形成还原气氛，增强还原效果，进一步降低系统NO_X浓度。

  (2)系统用风可以逐步调整降低，高温风机转速减低到700r/min以下，更有利于契合改造设计原理。高温风机转速调整依据以预热器0₂、CO含量(体积分数)分别控制在0.5％、0.03％为宜。

  (3)为了提高分解炉锥部还原区CO浓度，增强还原效果，还可以尝试将蜗壳处2路燃烧器用煤量加大，减小分解炉处二路燃烧器用煤量。

  (4)根据系统NO_X下降程度，要及时加大对窑尾和上升烟道结皮情况的检查和清理频次，保证系统通风顺畅。

  (5)在有条件的情况下，可将目前的燃烧器更换为多通道、低一次风的低氮燃烧器，以减少窑内NO_x的产生，并稳定控制窑尾烟气的氧含量，可以进一步降低NOX的生成量约5％~20％的效果。

  3 结 语

  十八大提出建设“美丽中国”的概念，因此对水泥等行业的环保要求是越来越严格。“世界水泥看中国，中国水泥看海螺”，作为水泥行业的排头兵，海螺水泥一直非常重视脱硝工作。本次CDC预热分解系统低氮分级燃烧技术的应用虽然时间短，已经取得了很好的降氮效果；但仍有待我们更深入的了解掌握其诸多特性，以便在生产操作时能够更好地趋利避害，取得更好的效果。