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生產線採用單系列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，由于大量的冷风和氨水喷入分解炉，热耗增加约2~3 kgce/tcl，系统受到影响，熟料生产成本增加较多。为了降低能耗，减少氨水使用量，公司采用分级燃烧技术来降低NOx。经过改造调试，运行3個月減排效果良好，在不喷氨水的情况下，NOx排放降低50%~60%，使用少量氨水或有时停用氨水NOx排放濃度可以降至300 mg/Nm3以下，系统运行稳定。

1　分级燃烧技术的优势

　　1)與工藝操作相結合，降低并还原窑内产生的热力型NOx，抑制燃料型NOx的生成，可从源头有效降低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，减少生产运行成本。

　　4)工藝技術改造後，使运行参数得以优化，系统运行质量和稳定性得到提升，并有一定的节能效果，系统无额外运行成本。

2　技改方案设计理念

　　1)採用分級燃燒技術降低NOx生成量，同时优化分解炉的性能和效果。

　　2)對分解爐結構局部進行優化，使分解炉内的气体流场和温度场更加均匀、稳定、合理，提高分解炉性能。

　　3)在分解爐的合適部位分別配置“變流場分解爐燃燒器”和“複合流場分解爐燃燒器”，改善分解炉内煤粉混合、燃烧状态，保证煤粉的充分燃烧，提高分解炉的能力，降低系统用煤量。变流场分解炉燃烧器内筒距可以调整，并配有外风可以根据燃烧情况进行调整；复合流场分解炉燃烧器的内筒固定配有净风管。

　　4)配合分級燃燒系統技術原理，采用“精準平衡操作技術”，在运行中三次风管的阀门开度达到100%，在提高分解炉性能的情况下，保证分级燃烧的效果。

3　改造方案

　　将预热器锁风阀更换为微动型锁风阀，该阀锁风效果更好，可降低预热器旋风筒之间的内漏风，提高分离效率，降低热耗。对预热器下料管撒料箱进行改造，提高生料的分散度。将窑头煤粉燃烧器更换为低氮型燃烧器，降低一次风的用量。对篦冷机固定床进行技术改造，降低熟料流动速度，增加二次风温，提高熟料急冷效果，降低出篦冷机熟料温度。对入分解炉生料下料点和平台进行改造，撒料台距喷煤管1~1.5 m，提高生料粉的分散度。对三次风入分解炉管道位置和锥体尺寸进行改造，建立还原区（三次风管改造后抬高1 500 mm，分解炉柱体高度增加50 mm）。将分解炉煤粉由单层的两个入炉点改造为上下两层，每层两个喂煤点。窑尾预热器系统改造后情况见表1，分解炉的改造方案见图1。表1　窑尾预热器改造后参数

4　调试过程

　　调试初期，首先将窑头燃烧器位置定位在窑中心线零点上面50 mm處，三次风闸阀开度由原来的30%提升至全開，分解炉上下两层燃烧器用煤比例为4∶6，角度30°，同层两根燃烧器的用煤比例5∶5，投料量逐渐加至额定产量。

　　运行中现场巡检发现分解炉锥部有烧红现象，窑皮由16 m縮短到14 m，窑皮脱落频繁，烧成带窑皮厚度不够、不均匀、不结实。这样一来系统稍有波动，熟料质量就不稳定，长期运行导致窑的耐火砖脱落。改进措施：在配料方面，要想提高窑皮的质量，首先要调整熟料的配料，配料方案的基本原则是，KH控制在0.90~0.91，SM控制在2.5~2.6，IM控制在1.5~1.6；窑速由3.6 r/min提高到3.9 r/min，实现薄料快烧；分解炉上燃烧器角度（与分解炉轴心线)由45°調整到30°，三次风阀开度由60%調整到100%，二次风温控制在   (1175±25) ℃，二次风压力控制在0~-50 Pa，分解炉锥体下两根燃烧器的角度由45°調整到30°；上下两层燃烧器用煤比例由1號∶2號∶3號∶4號=20%∶20%∶30%∶30%調整爲1號∶2號∶3號∶4號=10%∶10%∶40%∶40%，窑头燃烧器内外风比例由35%∶65%調整爲40%∶60%，窑头用煤量由6.1 t/h調整爲5.2~5.4 t/h，分解炉用煤量由11.4 t/h調整到10.6~10.8 t/h（在同样煤质的情况下），窑内空气过剩系数控制在1.05，废气中O2濃度控制在2.0%~2.5%。经过一个月的调整，窑系统运转正常，窑尾烟室、分解炉常年不结皮，窑产量稳定在3000 t/d，吨熟料标煤耗由112.85 kg下降到110.71 kg，NOx下降30%~40%。

5　经济效益

　　改造后运行指标：改造后NOx排放濃度由950~1000 mg/Nm3下降到400~500 mg/Nm3，降幅52.63%；改造后吨熟料氨水用量由4.1 kg下降到1.1 kg，降幅73.2%；因氨水的使用量减少，使熟料热耗也下降，节能减排明显。

6　结束语

2015年4月分級燃燒技術改造投入運行後，脱硝效率可达到60%，窑用煤量比改造前下降2%~3%，熟料产质量得到很大程度的提高，窑熟料日产量稳定在2950 t/d以上，熟料28 d抗壓強度在58 MPa以上。窑系统技术操作参数的设定比较重要，操作人员要学习领会改造思想理念，适应改造后的精细化操作要求。分级燃烧技术是一项无需运行成本的脱硝技术，也是水泥行业节能减排降低NOx的一項技術創新，在改造的过程中还存在很多问题，还有提高效益的空间，需进一步探讨和摸索。

作者：刘振海

作者單位：山东联合王晁水泥有限公司

文章摘自《水泥》杂志2017年第2期