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降低并还原窑内产生的热力型NOx,达到控制和调整离线炉炉内温度的目的

作者:澳门威利斯人娱乐    发布时间:2020-01-06 08:53     浏览次数 :200

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“为经济建设提供优质建材,为环境建设开辟新途径。”——这是山东联合王晁水泥有限公司自建设之初就执行的企业使命。多年来,该公司一直注重开发应用节能环保新技术,努力实现节能减排和环境保护的双目标。2014年12月,经过细致的分析和论证,山东联合王晁水泥新上SNCR非选择性催化还原法脱硝系统,氮氧化物排放值控制在400mg/Nm3以下,氨水使用量在500Kg/h。最初由于大量的冷风和氨水喷入分解炉,热耗增加约2~3kgce/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,他们应用了分级燃烧技术的原理来降低NOx,经过设计改造调试,运行3个月取得了实际应用经验,在使用少量氨或不喷氨水的情况下,氮氧化物排放降低50%~60%,达到300mg/Nm3以下,系统运行稳定,减排效果良好,达到了传统企业转型升级和造福社会的双丰收,公司被山东省科技厅、财政厅、税务局评定为“高新技术企业”。

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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、H2、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。分解炉分级燃烧,使一部分燃料在回转窑废气中缺氧燃烧,产生还原气氛,分解炉喷入的燃料大部分在还原氛围中燃烧,燃料中的N生成NOx的变换率低,减低了NOx生成。

福建水泥股份有限公司炼石厂4号窑是一条2 300t/d新型干法生产线,年产熟料72万吨;生产42.5R普通硅酸盐水泥。该工程由南京水泥工业设计院开发设计及提供技术支持,并采用当地无烟煤煅烧。于2001年9月点火投产,近几年来窑运转率逐步提高,特别是2004年达到了91%,年产熟料80.6万吨,月平均熟料日产量最高达到了2 685t/d,无烟煤掺量达到了80%以上。2005年1月实现了100%烧无烟煤,使该窑的特点得以充分发挥,达到了优质、高产、低耗、高运转的目的,以下对该窑的特点及煅烧操作做一介绍。 1 工艺设备该生产线大量采用成熟可靠的国产设备,保证了系统的可靠性和连续性,只有很少的关键部位才采用进口设备。2300t/d燃100%无烟煤水泥生产线的主要装备基本配置和技术参数见表1。2 系统特点2.1 烧成系统烧成系统采用南京院开发设计的3.95m×56m回转窑,单系列5级旋风预热器,离线喷腾式分解炉及第三代空气梁篦冷机,采用无烟煤做燃料。该系统除了具有一般带分解炉烧成系统的优 点外,还有如下特点:采用离线型分解炉,以窑头抽取三次风用作分解炉助燃空气,提高炉内氧浓度,有利于无烟煤的燃烧。而且将窑尾烟室加大,其锥部与离线炉出口管道相接,使离线炉炉气与出窑烟气充分混合,进一步延长煤粉停留时间,以最大限度得满足无烟煤燃烧需要,同时在一定程序上起到了在线分解的作用。分解炉采用双喷腾技术,强化煤、料、气之间的混合,形成两个稳定的燃烧区,既避免炉内局部过热,又增加物料在炉停留时间,提高了入窑生料分解率。在窑尾上升烟道和三次风管上分别设有控制窑、炉气流分配的调节阀门,C4下料管道上设有控制料流分配的电动阀门,一路物料入窑尾上升烟道,这部分生料绕过离线炉,达到控制和调整离线炉炉内温度的目的。另一路又通过电动阀门分别从离线炉中下部和锥部加入,以满足离线炉炉内无烟煤燃烧对温度控制的需要。 采用野大蜗壳冶低阻高效旋风筒,系统流体阻力小,减少了系统的动力消耗,并提高了分离效率。 各级旋风筒下料管增设新型撒料板,提高物料分散效果,强化物料与气流的混合及换热。2.2 熟料冷却机熟料冷却机采用带控制流篦板的第三代空气梁冷却机,篦床有效面积57.24m2,主要特点如下:单位冷却风量少,冷却效果好。克服了以往篦冷机因冷却区域划分不够小,而存在的同一冷却区域内纵向料层阻力不均造成篦床局部过热的缺点。控制流篦板的高阻特性,增强了冷却机系统抗料层波动的稳定性。控制流篦板的高穿透性,有料层深层次的气固热交换,特别是对消除野红河冶现象有特殊作用。与大窑罩配合使用,可有效得提高二、三次风温,提高了冷却机的热回收率,降低了熟料热耗。2.3 窑头喷煤管窑头喷煤管采用南京院自主开发设计的YRS型四通道煤粉燃烧器。该燃烧器的特点如下。一次风量小,设计用风量占理论燃烧空气量10%以下,煤粉与一、二次风混合充分,可达到完全燃烧,窑尾CO含量低,正常操作时可得到最低的热能消耗。火焰形状完整,灵活可调,能适应窑内熟料煅烧的需要。对煤质的适应性强,可燃烧劣质煤。有害气体排放量低。3 煅烧操作由于该系统具有以上特点,与一般窑的煅烧操作略有区别。3.1 加强窑头燃煤管的操作众所周知,窑头喷煤管对窑内熟料煅烧有着举足轻重的作用。其性能的好坏以及调整是否合理直接影响窑内的煅烧情况以及窑衬的使用寿命。合理调整喷煤管内风、外风和中心风的阀门开度,提高煤粉着火前区域局部煤粉浓度,加强喷煤嘴高温气体内外回流,强化一次风对高温二次风的引射作用。使煤粉与一、二次风充分混合,达到完全燃烧。但须注意,内风不能调节太大,否则可能导致煤粉在着火前就已被稀释,这样反倒不利于着火,或者可能引起高温火焰冲刷窑皮,导致窑皮脱落,不利于保护耐火转;内风也不能调节的太小,否则煤粉着火后不能很快与空气混合,就会导致煤粉燃烧反应速率降低,引起大量的CO不能及时氧化为CO2,造成窑内还原气氛。另外,外风也不宜过大,否则会造成烧成带火焰后移,使窑尾部分结厚窑皮或在过度带附近出现结圈、结蛋现象;当然外风也不能太小,否则不能产生强劲的火焰,不利于煅烧出好质量的熟料。因此,应根据具体情况选择合理的喷煤管,根据煤质细度、二次风温度、窑内情况以及生料易烧性的好坏,通过调整最佳的内风、外风和中心风的比例关系以及喷煤管在窑口附近的合理位置,确定适宜煅烧制度。我厂正常生产时喷煤管的主要参数为外风170m/s左右、内风110m/s左右、煤风28--30m/s,净风压力逸18.0kPa::。3.2 从SP窑过渡到NSP窑的操作在较长时间冷窑后离线炉初次投料时,由于带离线炉型分解炉的预分解系统没有窑尾高温气体入炉,熟料入冷却机前,三次风温度很低,所以必须先烧SP窑,否则会因煤粉不完全燃烧造成预热器系统局部高温导致结皮堵塞和窑尾电收尘CO含量过高发生爆炸的危险。根据SP窑初始投料能力,确定生料在30--50t/h较合适。在烧SP窑期间同时把三次风阀门打开20%左右,对离线炉进行喷少量油点火升温,除了加热炉温外,也有利于控制C5出口温度达到780℃以上,保证入窑生料有一定的分解率,避免窑内跑生料现象发生。烧SP窑1--2小时左右,篦冷机一段篦床上有高温熟料,此时二次风温可达500℃--700℃左右,三次风温可达到300℃--500℃左右,可以考虑投离线炉操作。在SP窑向NSP窑过度操作过程中,窑头一般需要少量油进行油煤混烧。在投炉前,先把三次风阀门打开50%--70%左右,同时对炉内喷煤进行油煤混烧,待炉出口温度达到900℃以上时,再把高温风机的转速由原来的650r/min左右增加到700r/min左右,并根据炉温情况,逐步增加入炉生料分料量。并且刚投炉的生料最好全部从离线炉中下部的下料管下,而不应从离线炉底部下料管下,应等离线炉内温度较稳定且炉子中部温度较高后,在适当往炉子底部下料管分料.因刚投料时,炉子本身温度不高,且三次风温较低若炉子的喷煤嘴的火焰很快就接触的生料,易被熄灭,或者煤粉被生料裹住带到C5或C4锥部继续燃烧,导致局部高温,易造成结皮堵塞。最后按照风、煤、料及窑速合理匹配的原则,控制窑、炉野两把火冶逐步加料到正常窑喂生料量。且在烧NSP窑投料过程中加料速度宜快些,采用大风大料,短时间内越过野操作死区冶。否则会因初始投料量过低使预热器内气料比增大,物料热交换速率加快,加之投料前耐火材料表面温度也较高,易在预热器锥部形成结皮,特别是在投料初期温度波动较大时,结皮就更难避免了。180t/h喂料正常生产时预热器主要参数见表2。3.3 高窑速薄料快烧操作高窑速薄料快烧能够充分利用分解生成的新生态Cao具有的高活化能,而且能改善熟料中硅酸盐矿物的结晶形成,提高熟料矿物的水化活性和熟料强度。窑速越快,物料被扬起越高,窑内的物料与热气流接触越好,热效率高,且料与料、料与窑衬温差小,这样料与料粘结少,不易出现结圈、结球、挂长窑皮现象,但必须注意,因高窑速薄料快烧使得窑内热气流流动快,热耗偏高。一要保证入窑生料分解率达到85%以上,以减轻窑内烧成负担;二要提高窑头火焰的热力强度,保证烧成带有足够的烧成温度和反应时间,否则易造成跑生料。窑主要技术参数见表3。.4 篦冷机操作篦冷机操作一要保证正常冷却,二要保证较高且稳定的二、三次风温。若发现冷却效果不佳时,适当调整料层厚度。加风先加高温段风量,后加低温段风量,减风则相反,操作中应避免出现快拉现象,以免造成二、三次风温波动和烧坏篦板。正常生产时,一段篦床上料层厚度一般控制在600mm左右,二次风温达到950℃--1 100℃。篦冷机主要技术参数见表4。4 结束语控制好窑炉稳定篦冷机操作,同时保证入窑生料分解率在90%--95%范围,就能实现高窑速薄料快烧法,有利于稳定二、三次风温度,为窑炉煤完全燃烧创造有利条件,从而使整个系统热力分布合理,煅烧出优质熟料。摘自《中国水泥》2005.10(end)

通过对低氮燃烧技术与烟气脱硝技术的初步研究和比较,他们发现,与水泥熟料生产线的工艺特点相结合,优先采用分级燃烧技术改造具有诸多好处: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的产生;对生产线正常生产运行和水泥熟料产、质量无不利影响;降低氨水使用量减少或者停用,减少生产运行成本;工艺技术改造后,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,系统无成本运行。

随后该公司进行了分级燃烧改造,将预热器锁风阀更换为微动型锁风阀,这种阀锁风效果更好,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。把窑头煤粉燃烧器更换为低氮型燃烧器,降低一次风的用量。改造篦冷机固定床,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,提高生料粉的分散度。在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,将分解炉煤粉由单层的两个入炉点改造成为上下两层,每层两个喂煤点。

调试初期,他们首先将窑头喷煤管位置定位在窑中心线零点上50mm处,三次风闸阀由原来的30%提升至全开,分解炉上下两层煤枪用煤比例为60:40,角度30°,两根煤枪的用煤比例5:5,投料量逐渐加至额定产量。

该公司在应用分级燃烧脱氮不久,工作就遇到了难题。运行中现场巡检发现分解炉锥部有烧红现象,窑皮由16米缩短到14米,窑皮脱落频繁,烧成带窑皮不好,一是厚度不够,二是不均匀,三是不结实。这样一来造成了系统稍有波动,熟料质量就不稳定,长期对窑的耐火砖导致脱落。他们及时分析原因想对策,在配料方面,要想提高窑皮的质量,首先要调整熟料的配料,把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3.6r/min提高到3.9r/min,实现薄料快烧。分解炉上喷煤管角度由45°调整到30°,三次风阀开度由60%调整到全开100%,二次风温控制(1175±25)℃,二次风压力控制0~-50Pa,分解炉椎体下两根煤管的角度由45°调整到30°,上下两喷煤管用煤比例由1号:2号:3号:4号=20%:20%:30%:30%调整为1号:2号:3号:4号=10%:10%:40%:40%,窑头喷煤管内外风比例由35%:65%调整为40%:60%。窑头用煤量由6.1t/h调整为5.2~5.4t/h,分解炉用煤量在同样煤质的情况下由11.4t/h调整到10.6~10.8t/h,窑内空气过剩系数控制在1.05%,废气O2浓度控制在2.0%~2.5%。经过一个月的调整,窑系统运转正常,窑尾燃室、分解炉常年不结皮。

分级燃烧技术的应用起到了良好效果,NOx排放浓度由改造前的950~1000mg/Nm3下降到400~500mg/Nm3,减少52.63%,氨水用量改造前吨熟料用4.1Kg下降到1.1Kg,吨熟料少用氨水3.0Kg,下降73.2%。脱硝效率可达到60%,窑用煤量比改造前下降2.0%~3.0%,熟料产量、质量得到很大程度的提高,窑熟料日产量稳定在2950吨以上,熟料28天抗压强度在58MPa以上。