烟气脱硝窑尾烧成系统的原理

烟气脱硝窑尾烧成系统的原理
随着环境保护工作形势的日益严峻，NOx作为重点管控指标之一，新型干法水泥窑内的烧结温度高，过剩空气量大、NOx排放浓度高且灰量大使其脱硝工程面临着艰巨的挑战。

目前用于水泥窑炉NOx排放的控制技术大多采用选择性非催化还原技术SNCR。

但SNCR技术脱氮效率低，日常投入费用太高，增加熟料生产成本。

河南汇金公司研发的烟气脱硝窑尾烧成系统采用分解炉高强还原燃烧控制技术，对现有新型干法回转窑窑尾烧成系统进行技术改造，可实现脱硝效率在60%以上，可实现氮氧化物控制在320mg/m3以内,氨水用量控制在170kg/h左右。

烟气脱硝窑尾烧成系统技术改造后可年节约氨水用量。

一、烟气脱硝窑尾烧成系统技术原理
1、烟气脱硝窑尾烧成系统技术原理
烟气脱硝窑尾烧成系统采用分解炉高强还原燃烧控制技术和窑头窑尾用煤量优化控制技术，使煤粉在分解炉内全部分解，形成大量的CO、CHi、H2、HCN(氰化氢)和固定碳等还原剂，将窑内产生的热力型NOx强力还原成N2。

从而大幅度减少窑尾烟气的NOx含量，达到脱硝的目的，脱硝效率可达到60%以上。

烟气脱硝窑尾烧成系统主要技术原理如下：
2、分解炉高强还原脱硝
烟气脱硝窑尾烧成系统与现行的“分级燃烧”技术不同，本技术将水
泥熟料煅烧系统看成一个系统整体性的“大分级燃烧”，即由窑头高温煅烧用煤构成主燃烧，形成NOx，窑尾分解用煤构成再燃烧，可强力消除NOx。

烟气脱硝窑尾烧成系统的全部窑尾用煤构成一个高强还原区，将窑头高温煅烧形成的热力型NOx高效还原。

根据这一原理设计出的烟气脱硝窑尾烧成系统无分风、分煤工艺，一方面将氮氧化物在燃烧过程中还原脱出，另一方面可将入窑物料在不结皮堵塞的条件下提高分解率和温度，形成分解炉高强还原燃烧控制技术。

如下图1所示烟气脱硝窑尾烧成系统改造前示意图：
图1烟气脱硝窑尾烧成系统技术改造前示意图
如下图2所示烟气脱硝窑尾烧成系统改造后示意图：
图2烟气脱硝窑尾烧成系统技术改造后示意图
3、窑头窑尾用煤优化控制
烟气脱硝窑尾烧成系统调整合适的头尾煤用量比例，适当减低头煤用量；在降低头煤的同时，保证窑煅烧的正常进行，煤耗下降；增加分解炉用煤比例的同时，保证不过烧，预热器分解炉不结皮堵塞，同时达到强化煅烧的目的。

热理论计算表明，当物料完全分解，且温度在1100℃以上时，后续的固相反应带的放热量（约434.33kJ/kg熟料）基本可提供物料自身加热至1400℃，且完成C3S的合成和物料部分熔融等熟料最终形成所需的几乎全部热量（约463.6kJ/kg熟料）而无需额外供热。

回转窑用煤的作用主要有两个：
一是提供热生料残余CaCO3分解所需的热量。

二是提供对窑筒体散热损失的补偿热量。

在这一过程中实际上只有43KJ的热量需要做功。

到1100℃的时候我
们需要417KJ的热量，后面五分之四的窑需要的热量才43KJ。

根据熟料合成热的这一特点，回转窑内所需传热量可大幅减少，窑头用煤与窑尾分解炉用煤比例可发生变化，窑头用煤量会适当降低。

4、工艺方案流程图
如图3所示为烟气脱硝工艺方案流程图
图3烟气脱硝工艺方案流程图
二、烟气脱硝窑尾烧成系统改造技改要求
1、产量指标要求：每日产量2760吨熟料以上的要求。

2、熟料强度指标要求：熟料强度不低于现有熟料强度指标。

3、氨水用量指标要求：现有控制指标下氨水用量降低60%以上。

三、烟气脱硝窑尾烧成系统技改方案
烟气脱硝窑尾烧成系统技术改造为一窑一设计，根据我公司熟料生产
线的窑尾风机管道配置和窑尾图纸（包含分解炉三次风管、锥体、上升烟道），实际运行参数，煤粉、生料、熟料化学全分析，现行的SNCR控制数据（包含氨水浓度、用量，及NOx排放指标），烟气脱硝窑尾烧成系统主要技改方案如下：
1、窑尾燃烧器技术方案
（1）窑尾送煤风机：
窑尾送煤风机不变，采用变频调节减少入分解炉冷风量。

一方面可以节约熟料煤耗，同时冷风量的减少使氧气的带入量降低，有利于还原区的创建。

具体使用运行参数：流量：40m3/min；压力：25-30kpa；功率：55 kw。

注：现有窑尾送煤风机参数：流量：75m3/min；压力：68.6kpa；功率：132kw。

（2）窑尾送煤管道
窑尾送煤主路管道由原来的ф245改为ф194*8（内径ф178），一分二路送煤管道改为ф146（内径ф130）。

此项改造针对实际尾煤送煤量，经严格计算确定送煤管道的规格，以期获得最佳的气固比，并对送煤管道路径进行优化，稳定送煤气流，保证送煤量的均匀稳定，有利于分解炉温度环境的稳定，可获得均匀稳定的 NOx还原区。

（3）更改脱硝专用新型旋流扩散型分解炉燃烧器。

此燃烧器保证煤粉喷射的旋流扩散效果，使煤粉迅速扩散，均匀混合。

（4）窑尾分解炉燃烧器安装位置方案：
将2个窑尾分解炉燃烧器安装在分解炉锥体底部天圆地方上部适当位置，此位置将依据我公司分解炉规格型号、烟室缩口尺寸及煤粉特点经计
算确定。

煤粉经分煤器、输煤管道进入改造后的两支燃烧器，喷入分解炉锥部，每支燃烧器输送管道设有手动调节阀。

（5）窑尾燃烧器技术改造分析：
降低窑尾过剩空气氧含量,为窑尾还原区建立提供条件，同时因冷空气减少入炉，可节约煤粉（62g/m3/min）。

同时尾煤输送管道的每个单管上加装有插板阀或球阀，便于供煤量的调整。

窑尾燃烧器喷入分解炉锥部的煤粉经不完全燃烧提供还原介质，在烟室与三次风管之间建立还原区。

2、C4下料管技改方案
（1）C4下料位置
对C4下料管进行调整，对C4锥体下部下料管上增加分料阀，对C4上、下料比例进行调整。

将C4下料管下部入口调整至天圆地方上部，并设置撒料板；C4上部下料管入口调整至新三次风管入口处，并设置撒料板。

此位置的确定主要依据贵公司分解炉规格型号、煤粉的燃烧特点（起燃时间）确定。

保证在煤粉起燃后与生料混合。

（2）目的：
将相对低温物料下移，吸收还原区高温，凝聚窑气中析出的碱硫等有害成分，防止结皮的发生，同时通过C4入口位置的调整为物料在分解炉中提供稳定的分解反应环境。

3、三次风管技改方案
（1）三次风管位置改造
将原三次风管闸板阀与分解炉之间的管路拆除，将原三次风进口处封闭，原膨胀节与原闸板阀连接。

在分解炉锥体上方柱体处向上新开挖一个圆型通道，重新制作一个圆形通管，连接分解炉上方新圆形通道和闸板阀上的膨胀节，形成新的三次风通道。

相应提高新加三次风管角度。

确保窑气在还原区存在0.5s以上。

此项改造需优化原三次风管的进风方式及尺寸，不存在急弯而产生积料。

（2）目的：还原区的创建创造空间。

4、氨水喷射系统技术方案
根据现场实际情况，对现有氨水喷射系统进行改造，根据需要布设氨水管道，重新确定氨水喷枪安装位置及角度，确保NOx与NH3的最佳反应区域。

并安装我公司自主研发的脱硝专用节氨喷枪，确保新安装的喷枪喷射的氨水覆盖整个通风截面，最大限度的保证NH3与NOx的反应效果。

5、结皮的预防与处理
1）在每根煤管中心平行的侧面留有宽200*300mm的捅料孔，便于清理煤管上部凝聚的物料；
2）在C4撒料箱下部入口处留有直径150mm的清吹孔，清理撒料板周围的积料，防止堵塞；
3）通过改造煤管的喷入角度，控制煤粉燃烧的区域，可有效的缓解系统的结皮；
另外便于结皮清理及时有效，建议配备一台结皮清理水枪。