燃燒器升級改造在降低氮氧化物方面的應(yīng)用

通過對規(guī)格型號EPIC-F3085燃燒器內(nèi)風的結(jié)構(gòu)形式改變，優(yōu)化燃燒火焰形狀及熱力分布在窯內(nèi)布局，在不影響煅燒質(zhì)量基礎(chǔ)上，通過加強了對煤粉的切割能力，實現(xiàn)了回轉(zhuǎn)窯低氮燃燒，降低了氨水使用成本及環(huán)保成本，取得了良好經(jīng)濟效益。  

關(guān)鍵字：燃燒器結(jié)構(gòu)形式；低氮燃燒；成本與效益  

1、生產(chǎn)情況介紹  

我公司回轉(zhuǎn)窯規(guī)格型號Φ4.2m*66m，設(shè)計能力3200t/d，目前實際生產(chǎn)能力4000t/d左右，窯頭燃燒器采用第三代燃燒器，規(guī)格型號EPIC-F3085，2015年開始使用，隨著精細化管理的逐步深入、產(chǎn)能的增加以及“五穩(wěn)保一穩(wěn)”理念的加強，窯頭燃燒器的準確性及穩(wěn)定性已經(jīng)成為制約我公司窯系統(tǒng)熱工制度的穩(wěn)定以及能耗的降低的關(guān)鍵性問題，尤其隨著低氮燃燒技術(shù)深度推廣和環(huán)保形勢的日益嚴峻，為了進一步提高燃燒器在煅燒過程中的性能，同時提高系統(tǒng)熱工制度的穩(wěn)定、改善熟料結(jié)粒、提升熟料質(zhì)量、降低生產(chǎn)煤耗以及穩(wěn)定窯皮，通過與生產(chǎn)廠家咨詢溝通在節(jié)約成本的基礎(chǔ)上對原有燃燒器進行技術(shù)改造，提高燃燒器的整體性能，可以達到降低生產(chǎn)能耗、提高熟料質(zhì)量、降低氮氧化物排放實現(xiàn)低氮燃燒，同時降低了氨水使用成本及環(huán)保成本，取得了良好經(jīng)濟效益。  

2、技術(shù)改造方案及實施過程  

公司利用2019年年底水泥行業(yè)冬季供暖季錯峰限產(chǎn)之際，與燃燒器廠家技術(shù)人員進行交流，廠家技術(shù)人員根據(jù)原有燃燒器自2014年至今使用情況，建議將燃燒器進行升級改造優(yōu)化，改造思路如下：  

1.外風結(jié)構(gòu)及參數(shù)暫不做調(diào)整，保證火焰剛度及動能參數(shù)。  

2.我公司原材料中石灰石品味不好，需兩種石灰石搭配使用，成分如下：  

兩種石灰石一種結(jié)晶硅含量高（低鈣低鎂），一種MgO含量偏高（高鈣高鎂），兩種石灰石搭配使用，并且均化設(shè)施相對落后，導(dǎo)致煅燒過程中液相容易提前出現(xiàn)，并且飛沙嚴重，2015年設(shè)計時考慮將燃燒器煅燒區(qū)域盡量控制在窯前，提高燒成帶煅燒溫度，避免煤粉后燃提前產(chǎn)生液相影響窯的穩(wěn)定運行，根據(jù)近幾年的實際使用情況來看，內(nèi)風使用時都是將旋流體縮小出口截面積的情況下進行使用，此次改造方向著手從內(nèi)風方面進行，增加內(nèi)風調(diào)節(jié)方式，采用兩種結(jié)構(gòu)—齒槽型和EPIC型相結(jié)合，使內(nèi)風調(diào)節(jié)區(qū)域更廣，齒槽型結(jié)構(gòu)有利于對粉煤的徑向切割及混合，使燃燒區(qū)域的煤粉分布更均勻，溫度場更合理，且外風風速快，火焰剛度強，大速差（外風風速280m/s-320m/s，煤風25m/s,內(nèi)風220m/s），二次風與煤粉混合效率更高，EPIC型結(jié)構(gòu)在齒槽結(jié)構(gòu)內(nèi)部，尺寸較原有燃燒器小，增大出口面積，保證燃燒器整體動能參數(shù)，徑向擴散尺寸減小，避免煤粉燃燒過于集中以及燒成帶核區(qū)溫度過高。  

3.兩組內(nèi)風結(jié)構(gòu)使用為交替使用，通過閥門切換，可實現(xiàn)在線調(diào)節(jié)，相當于一根燃燒器同時具備兩種設(shè)計思路，使用中調(diào)整更靈活，有利于找到最優(yōu)化的使用方法。  

結(jié)合燃燒器廠家設(shè)計思路，我公司拆除燃燒器澆注料后聯(lián)系廠家對現(xiàn)有燃燒器返廠升級改造并進行維修維護，將原來四通道改造為五通道，燃燒器類型為拉法基型和EPIC型兩種形式結(jié)合使用，組合方式拉法基型為外直流風+齒槽旋流風（1+3），EPIC型為外直流風+間隙旋流風（1+4），（1、2、3、4分別為燃燒器通道）同時結(jié)合煤質(zhì)情況、熟料質(zhì)量情況及窯內(nèi)溫度熱力分布筒體溫度情況對內(nèi)風截面積及角度進行調(diào)整，升級改造前后數(shù)據(jù)如下表：  

燃燒器升級改造前后樣式如下圖：  

受疫情影響在3月底升級改造后返廠，在6月份山東區(qū)域錯峰限產(chǎn)期間進行安裝調(diào)試投入使用，該燃燒器采用如下表格兩種組合方式：  

實驗過程中，我公司采用第一種外直流風+齒槽旋流風（1+3）進行生產(chǎn)運行，外直流使用壓力在50kpa--55kpa，開度100%，齒槽旋流風使用壓力在20kpa--25kpa，開度30%--50%。使用前后氨水使用量對比如下表：  

由表三可以看出，2019年根據(jù)環(huán)保要求氮氧化物控制值為200mg/m3，實際折算平均值為176mg/m3，噸熟料氨水用量為3.63kg/t熟料，2020年隨著環(huán)保形勢的嚴峻，氮氧化物控制標準調(diào)整為100mg/m3，同時在不進行升級改造的情況下噸熟料氨水用量為5.87kg/t，折合小時流量為1057.4L/h，在工藝狀況異常時很容易出現(xiàn)單點小時超標現(xiàn)象，并且噸熟料氨水成本及環(huán)保成本大幅上升。燃燒器升級改造投入運行后，2020年6月份、7月份兩個月噸熟料氨水用量為4.05kg/t，并且兩個月運行平穩(wěn)。  

升級改造前后筒體溫度熱力分布變化如下圖：  

對比升級改造前后筒體溫度熱力分布，火焰集中度較之前略有降低，過渡帶溫度略有上升，由于該燃燒器風壓大，不影響燒成系統(tǒng)煅燒效果，并且由于火焰集中度更加科學，減少了短焰急燒帶來的熟料中存在還原料的質(zhì)量問題，熟料結(jié)粒及發(fā)育也更加完好，有利于質(zhì)量的進一步改善。  

3、效益分析：  

燃燒器升級改造后在同種氮氧化物控制排放條件下相比改造前噸熟料降低氨水用量1.82kg/t，目前我公司氨水采購無稅單價在630元/噸，2020年年產(chǎn)熟料產(chǎn)量76萬噸，年創(chuàng)效益額為76萬噸*1.82kg/t*1000*630元/噸=87.1416萬元。效益相當可觀，并且解決了在工藝狀況異常時很容易出現(xiàn)單點小時超標現(xiàn)象，避免了環(huán)保問題發(fā)生，降低了環(huán)保壓力。  

4、結(jié)論：  

通過對燃燒器內(nèi)風的結(jié)構(gòu)形式改變，優(yōu)化燃燒火焰形狀及在窯內(nèi)布局，在不影響煅燒質(zhì)量基礎(chǔ)上，通過加強對煤粉的切割能力，可以實現(xiàn)低氮燃燒，降低氨水使用成本及環(huán)保成本，取得良好經(jīng)濟效益。同時避免了環(huán)保問題發(fā)生，降低了環(huán)保壓力。此次燃燒器升級改造比較成功，值得行業(yè)借鑒。