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2017年09月13日 11:45:26
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(295.04元/吨,-0.14%)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NOX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NOx。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NOX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NOX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NOx
  (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NOX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NOx。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NOX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NOX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NOx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。
作者:崔少俊  
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