低氮燃烧脱硝技术成功改造案例分析

低氮燃烧脱硝技术成功改造案例分析
张宪合、张长春2，刘传路3
(I.四川中科捃节能环保科技有限公司，四川610045; 2.山东省水泥质量监督检验站，济南250014;
3.济宁中联水泥有限公司，山东泗水273200 )
摘要：低氮燃烧脱硝技术，煤粉经主管道后通过分煤器分为上、中、下三层入炉，重新布局C4下料点入炉 位置，并将物料分为上、下两层两股入炉，同时根据分解炉流场的变化调整三次风管，分为三部分。

实现了氮 氧化物超低排放，达到节能排放目的，并降低氨水用量，也降低了氨逃逸的风险，减少或避免二次污染，大 幅降低现行水泥企业SNCR脱硝运行成本。

关键词：低氮燃烧器；分料系统；燃烧控制
中图分类号：TQ172.9 文献标识码：B文章编号：1671—8321 (2020) 05—0079—03
0引言
我公司一直致力于水泥行业节能减排的研究与开 发，形成了一整套完善的技术服务体系：2019年公司已 启动针对无烟煤的低氮燃烧深度脱硝技术的研发，打破 低氮燃烧只适用于烟煤的技术瓶颈,
现就2019年6月调试完成的山东某企业2 500t/d熟 料生产线低氮燃烧系统技改成果1大家共同分享。

1技术原理
低氮燃烧脱硝技术是基于水泥熟料烧成系统中煤
化技术实现了污泥的减量化和稳定化，无需外加热源，还可以实彳丨过程控制生物干化是利用污泥微生物代谢自 发热蒸发污泥中水分的技术，其能耗低，干化过程有机质 及热值损耗小含水率80%的污泥干化后可降至40%及以下，以干化到40%为例，干化成本约120元/吨3将生物 干化污泥与水泥窑结合处置既可以降低水泥窑能耗，也 能解决直接焚烧带来的二次污染问题。

利用水泥窑协同处置生物干化污泥的方案对窑系统 影响小，以2 500i/d熟料线为例：直接焚烧污泥（含水率 80%) —般不能超过100t/d，协同处置生物干化污泥（含 水率80%)可超过300t/rl:粉在分解炉和回转窑的不同燃烧特性，以及CaC0_,在分
解炉中的分解规律，研发而成的低NOx排放燃烧技术，
通过风煤料的重新布局控制分解炉的燃烧状态，从而解
决间转窑中高N0X排放的燃烧问题该技术主要体现以
下两个方面。

1.1从源头上控制(^(^的生成量
准确控制和优化窑炉煤量比，减少窑头用煤量，加
大分解炉用煤量，提高分解炉CaCO,分解效率，减轻回
转窑熟料烧成负担，提高窑内燃烧效率，适当降低窑内
通风量，从而减少回转窑内由于高温而产生的热力型
4结束语
(1) 利用水泥窑协同处置生物干化污泥技术不会 造成大气和水环境二次污染；该技术对窑系统影响小；
同时真正实现了污泥减量化、稳定化、无害化很好的途
径，又符合国家发展循环经济，具有良好的社会效益和
环境效益。

(2) 该技术的成功运用，收益率较高，示范性好:以2 5001A I熟料线为例，处置污泥能力10万吨/年，总投资约
8 000万元，经技术经济分析，4.71年即可收回投资，经济
效益良好W
2020.5 CHINA CEMENT\ 79
环境工程Environmental Engineering
NOx生成量。

1.2采用分解炉组织燃烧控制技术
调整分解炉风煤料布局，对分解炉内燃烧区域进行 重新划分。

从下至上共划分为三大燃烧区域，即煤粉预 燃分解区、煤粉主要燃烧区和煤粉燃尽区。

煤粉预燃分解区的煤粉经窑尾烟室内高温低氧的窑 气预热后，分解出大量的挥发分及固定碳。

这狴还原性物 质作为氨水的替代品，可以将窑内产生的热力型NOx大幅 度还原，同时也抑制了分解炉内燃料型NOx生成量。

煤粉主要燃烧区是煤粉经预燃分解后的主要热量 释放区域，也是分解炉内〇3(：03的主要分解区域，通过 此区域中风、煤、料的重新布局，根据(：3(：03的分解特 性，提高CaC03的分解速率，从而保证整个分解炉的CaC03*解率。

煤粉燃尽区是通过前两个燃烧区域的设定自然形 成的，通过煤粉先进行预燃分解再进行燃烧的过程，相 对增加了分解炉内煤粉燃尽的纵向空间，为降低分解炉 出口 C0浓度创造了条件。

该技术通过分析NOx产生的条件，控制分解炉内煤 粉的燃烧状态，解决回转窑内煤粉燃烧产生的NOx排放 问题，不用任何还原剂，就可达到60%以上的脱硝效率，从而减少50%以上的氨水使用量。

NOx排放指标较高的 情况下甚至可以实现零氨水脱硝的目标，大幅降低现行 水泥企业SNCR脱硝运行成本。

另外，改造后的分解炉结构更加合理，实现了煤的 预燃分解、热力释放、煤粉燃尽、CaC03分解的有效结 合，再通过窑头窑尾用煤比例的合理调配达到水泥窑低 氮燃烧、提产降耗的效果。

2改造前运行状况分析
该熟料生产线使用的天津院单系列预热器和分解 炉，实际产能2 800t/d，吨熟料氨水消耗量为10.28kg(按 小时计算为1.2t/h)。

该炉型主要特点是来自窑头的高温 三次风双侧对冲入炉；煤粉直接喂人分解炉三次风管上 部，C4撒料箱两侧；来自(：4预热物料分两路喂人分解炉三 次风上部，两列呈对称布置。

此炉型因分解炉喂入的煤 粉在纯空气的高温环境中稳定着火并快速燃烧而并没有 脱氮的功能。

3改造方法
针对当前状况，制定了一套适合该公司的技改方80 /中国水泥2020.5案，具体如下。

3.1尾煤输送系统及入炉点位改造
首先使用本公司研发的低氮燃烧器，煤粉经主管
道后通过分煤器分为上、中、下三层人炉，即第一层保留
原有管路，第二层入分解炉锥部（两路），第三层人烟室 (—■路)。

(1) 第一层，保留原有尾煤输送管路，主管路装有分煤器和螺旋闸板阀，用以调节煤粉用量。

与新增尾煤输
送管路可以配合使用，也可单独使用。

(2)第二层，煤管布置在分解炉下锥体，两个煤粉燃烧器对冲布置。

(3) 第三层，单独一支煤管布置在烟室。

(4) 每路煤管均装有螺旋闸板阀予以调整用煤量，
二、三层煤管配合使用，构建分解炉还原区，也起到煤
粉预燃烧的作用，可在消减回转窑产生的热力型NOx的
同时提高分解炉煤粉燃尽率，降低C,出口 CO浓度。

3.2三次风管入炉改造
(1) 出于对现有分解炉流场的优化目的，以便达到更好的脱硝目的，计划改原有的三次风管双侧入炉为单
侧入炉。

(2)保留原有双侧入炉的三次风管不动，对原有的三次风管靠炉体和三次风阀端进行耐火材料封堵，避免
分解炉的炉体流场扰动，影响脱硝效率。

(3) 三次风管改造分为三部分：一是抬高以加大还原空间，重做人炉端，主管道安装高温闸板阀，三次风管
入炉点位于柱体底边上方约l m〜2m,距离锥部煤管距离
控制在6m左右，以增加还原物质与氮氧化物的还原反应
时间。

二是调整三次风人炉角度及方向，三次风人炉端
水平投影与窑中线呈70°旋转人炉，增加风煤料的混合
程度和物料在分解炉内的停留时间。

三是调整三次风人
炉端进口尺寸，确保人炉风速，缩短燃烧时间。

(4) 结合现场情况，进行三次风管人炉尺寸调整，同时调整烟室缩口尺寸，优化窑炉用风，进而降低系统
阻力和积料风险。

3.3 C4分料系统改造
根据前两步的改造，重新布局C4下料点人炉位置，
并将物料分为上下两层两股人炉，其中一股进人三次风
新入炉点上方，另外一股分别进人分解炉下锥体。

通过分料阀调整(：4分料比例，并重新调整翻板锁风
阀位置以及撒料箱扬料板角度，保证物料分散性，减少炉
内因风、煤、料混合不均而弓丨起局部高温结皮的现象。

3.4 SN CR 喷氨脱硝系统优化
根据烟气成分检测结果，以及前三步改造后温度场 和流场的变化情况，调整SNCR 喷射点，提高氨水与氮氧 化物的反应效率，延长氨水与氮氧化物的反应时间，增 加还原反应空间，避免氨水在分解炉燃烧区域喷射，有 利于煤粉的燃尽。

3.5分解炉燃烧区域重新划分
经过h 述改造后，将分解炉重新划分为煤粉预燃 分解区、煤粉主要燃烧区、煤粉燃尽区和SNCR 脱硝 区，可统称为四区两级，其中两级即“煤粉预燃分解区 和SNCR 脱硝区”，为“两级脱硝”。

最大限度发挥煤粉预燃分解区的还原脱硝作用，从 而减少SNCR 脱硝区的氨水用量。

改造后低氮燃烧工艺流程图见图r
C 4
气流料流
煤粉氨水
分
解
炉
M 01
d L01
[> L 02
^ L 03
C 5
SNCR
SNCR
M 02
三次风
ZKJ 33DDRSTX-P01
四川中科琚节能环保科技有限公司
总工程师
.C 程 2500t/_d熟料生产线设总 名称
低ft燃烧股硝工程
审定 图别施设版次审报
^
低氦燃烧工艺流程图
比例日期
34
图1改造后低氮燃烧工艺流程图
3.6头尾喂煤比例调整
调整头尾煤喂入量比例，降低窑头喷煤管用煤量， 将原来的4 : 6改为3 : 7,增加分解炉用煤量，在分解炉燃 烧相对稳定的情况下，提高入窑CaC 03的分解率，适当 降低回转窑的转速，提高回转窑的填充率，保证火焰顺 畅，防止火焰局部高温现象。

图2显>j <，N O x 最大值60.6m g /Nm ' 最小值34.4m g /Nm 3， 平均值 44.56mg /Nm 3
2019年10月27日〜11月7日，采集可准确核实氨水用 量时段的运行数据，相关指标达到超低排放要求。

验 收期间氨水小时使用量均不超过630kg ，NOx 可控制在 50mg /Nm 3 左右。

4改造效果
改造后NOx 控制及氨水消耗情况见图2
NOx 折算浓度(m g /N m 3)
504030
20
Jllllllllllllllll
m
娜娜懦，
图2 NOx 控制及氨水消耗情况
5结束语
随着国家环保标准的日益严格.山东地区NOx 控制标
准在lOOm g /Nm 3。

该企业经过几个月的运行，NOx 由原来 的lSOmg /N n V 1降低至50mg /Nn /左右：氨水用量由原来的 850kg /h ~900k g ：/h ,降低至650kg /h 以下。

技改后对窑况几 乎没有影响，热耗略微降低，产质量没有明显变化。

事实 证明我们此次脱硝技改是非常成功的，水泥企业采用低 氮燃烧脱硝技术可以大幅降低烧成系统NOx 的本底值， 在削减氨水用量的同时也降低了氨逃逸的风险：W
2020.5 CH IN A CEMENT \
81。