分級燃燒技術(shù)的研究和應(yīng)用

??山東聯(lián)合王晁水泥有限公司2500t/d生產(chǎn)線采用單系列5級旋風(fēng)預(yù)熱器、Φ5.1m×30m管道式分解爐，于2014年12月新上SNCR脫硝系統(tǒng)，NOx排放值控制在400mg/Nm₃以下，氨水使用量在500kg/h，由于大量的冷風(fēng)和氨水噴入分解爐，熱耗增加約2~3kgce/tcl，系統(tǒng)受到影響，熟料生產(chǎn)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(shù)來降低NOx。經(jīng)過改造調(diào)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300mg/Nm₃以下，系統(tǒng)運行穩(wěn)定。

??1、分級燃燒技術(shù)的優(yōu)勢

??1)與工藝操作相結(jié)合，降低并還原窯內(nèi)產(chǎn)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(chǎn)生。

??2)對生產(chǎn)線的正常生產(chǎn)運行和水泥熟料產(chǎn)質(zhì)量無不利影響。

??3)降低氨水用量或者停用氨水，減少生產(chǎn)運行成本。

??4)工藝技術(shù)改造后，使運行參數(shù)得以優(yōu)化，系統(tǒng)運行質(zhì)量和穩(wěn)定性得到提升，并有一定的節(jié)能效果，系統(tǒng)無額外運行成本。

??2、技改方案設(shè)計理念

??1)采用分級燃燒技術(shù)降低NOx生成量，同時優(yōu)化分解爐的性能和效果。

??2)對分解爐結(jié)構(gòu)局部進行優(yōu)化，使分解爐內(nèi)的氣體流場和溫度場更加均勻、穩(wěn)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(fù)合流場分解爐燃燒器”，改善分解爐內(nèi)煤粉混合、燃燒狀態(tài)，保證煤粉的充分燃燒，提高分解爐的能力，降低系統(tǒng)用煤量。變流場分解爐燃燒器內(nèi)筒距可以調(diào)整，并配有外風(fēng)可以根據(jù)燃燒情況進行調(diào)整；復(fù)合流場分解爐燃燒器的內(nèi)筒固定配有凈風(fēng)管。

??4)配合分級燃燒系統(tǒng)技術(shù)原理，采用“精準(zhǔn)平衡操作技術(shù)”，在運行中三次風(fēng)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(yù)熱器鎖風(fēng)閥更換為微動型鎖風(fēng)閥，該閥鎖風(fēng)效果更好，可降低預(yù)熱器旋風(fēng)筒之間的內(nèi)漏風(fēng)，提高分離效率，降低熱耗。對預(yù)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(fēng)的用量。對篦冷機固定床進行技術(shù)改造，降低熟料流動速度，增加二次風(fēng)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1~1.5m，提高生料粉的分散度。對三次風(fēng)入分解爐管道位置和錐體尺寸進行改造，建立還原區(qū)（三次風(fēng)管改造后抬高1500mm，分解爐柱體高度增加50mm）。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(yù)熱器系統(tǒng)改造后情況見表1，分解爐的改造方案見圖1。

表1?窯尾預(yù)熱器改造后參數(shù)

圖1?分解爐的改造方案

??4、調(diào)試過程

??調(diào)試初期，首先將窯頭燃燒器位置定位在窯中心線零點上面50mm處，三次風(fēng)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(chǎn)量。

??運行中現(xiàn)場巡檢發(fā)現(xiàn)分解爐錐部有燒紅現(xiàn)象，窯皮由16m縮短到14m，窯皮脫落頻繁，燒成帶窯皮厚度不夠、不均勻、不結(jié)實。這樣一來系統(tǒng)稍有波動，熟料質(zhì)量就不穩(wěn)定，長期運行導(dǎo)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(zhì)量，首先要調(diào)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3.6r/min提高到3.9r/min，實現(xiàn)薄料快燒；分解爐上燃燒器角度（與分解爐軸心線)由45°調(diào)整到30°，三次風(fēng)閥開度由60%調(diào)整到100%，二次風(fēng)溫控制在   (1175±25) ℃，二次風(fēng)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(diào)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(diào)整為1號∶2號∶3號∶4號=10%∶10%∶40%∶40%，窯頭燃燒器內(nèi)外風(fēng)比例由35%∶65%調(diào)整為40%∶60%，窯頭用煤量由6.1 t/h調(diào)整為5.2~5.4t/h，分解爐用煤量由11.4t/h調(diào)整到10.6~10.8t/h（在同樣煤質(zhì)的情況下），窯內(nèi)空氣過剩系數(shù)控制在1.05，廢氣中O2濃度控制在2.0%~2.5%。經(jīng)過一個月的調(diào)整，窯系統(tǒng)運轉(zhuǎn)正常，窯尾煙室、分解爐常年不結(jié)皮，窯產(chǎn)量穩(wěn)定在3000t/d，噸熟料標(biāo)煤耗由112.85kg下降到110.71kg，NOx下降30%~40%。

??5、經(jīng)濟效益

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

??6、結(jié)束語

??2015年4月分級燃燒技術(shù)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(chǎn)質(zhì)量得到很大程度的提高，窯熟料日產(chǎn)量穩(wěn)定在2950t/d以上，熟料28d抗壓強度在58MPa以上。窯系統(tǒng)技術(shù)操作參數(shù)的設(shè)定比較重要，操作人員要學(xué)習(xí)領(lǐng)會改造思想理念，適應(yīng)改造后的精細(xì)化操作要求。分級燃燒技術(shù)是一項無需運行成本的脫硝技術(shù)，也是水泥行業(yè)節(jié)能減排降低NOx的一項技術(shù)創(chuàng)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。