分解炉空气分级燃烧及NOx排放特性研究

随着我国经济的飞速发展,作为重要基础材料的水泥产品需求量极大且趋于稳定。水泥生产过程中的NOx排放与燃煤火电厂和汽车尾气产生的NOx排放已成为空气污染的主要来源,而分解炉是降低水泥生产工艺中NOx排放的有效设备。笔者在引入高温烟气的模拟分解炉内进行空气分级燃烧试验,研究配风位置、配风比例以及石灰石/煤比例对分解炉内燃烧和NOx排放特性的影响规律。试验稳定过程中,高温烟气发生装置的给煤量和配风量保持不变。此时,高温烟气发生装置的时间平均温度为911℃,其产生的高温烟气温度稳定在750℃左右,高温烟气中NOx主要以NO和N2O的形式存在,其浓度分别为261.49×10^-6和12.96×10^-6。该股高温烟气将模拟实际回转窑产生的烟气进入分解炉内。在分解炉的上部区域(距离顶部0~2 000 mm区域)的温度为800~1 000℃,与实际分解炉运行温度一致,排放烟气中NOx主要以NO和N2O形式存在。随着中间配风位置的下移,煤粉燃烧放热区域下移,而顶部区域的石灰石吸热量变化较小,则原有热量平衡被打破且原有吸热量高于现有放热量,导致顶部区域内燃烧温度降低。此时,还原气氛中煤粉燃烧和石灰石分解反应时间均变长,导致NOx的还原反应更加充分。但石灰石分解产生的氧化钙(CaO)作为中间产物会促进NO的生成反应,其反应时间增加也促进了NO的生成;另一方面,石灰石作为催化剂参与焦炭和挥发分还原NO的反应过程,分解炉顶部区域的温度下降使得该还原反应变弱。综上,NO的最终排放浓度是以上反应的综合结果。随着配风位置的下移,该变化对NO的生成作用更加明显,故NO的排放浓度逐渐升高。当一级风量与二级风量的配风比例降低时,分解炉上部区域的煤粉燃烧份额减少和石灰石分解量降低,而分解炉下部区域的煤粉燃烧份额增加和未分解的石灰石份额增加,但石灰石的吸热增加量高于燃烧增加份额的放热量,因此分解炉内整体温度均降低。分解炉内NO浓度是由石灰石催化的氧化过程和还原过程综合决定的。一级风量变小时,尾部CO浓度随之增加,烟气中NO浓度呈现降低的趋势。当石灰石/煤比例增加时,分解炉内沿程温度逐渐下降。随着石灰石给粉量增加,分解炉内石灰石受热分解产生的CaO浓度增加,CaO催化NO还原反应更剧烈,从而NO浓度逐渐降低。而石灰石给粉量增加和分解炉温度降低的过程导致尾部的CO浓度升高。     

喷腾式分解炉流场的数值模拟计算

对一实际尺寸的离线型喷腾式分解炉内的湍流流场建立了数学模型,给出了该数学模型的数学解法。对炉内的流场进行了数值模拟,数值计算结果给出速度分布、湍流动能等参数的分布,为分析分解炉内的传热、传质及化学反应过程提供了理论依据。     

预分解窑系统内物料的异常结皮与起块

通过工厂实地取样，分析检测了预分解窑系统内形成的两种异常结皮和熟料大块，探讨了它们的形成机理，并提出了行之有效的防治措施．研究结果表明，预分解窑系统内物料的结皮与起块同出一源，均是由于不恰当的工艺措施引起局部物料中硫、碱、氯等挥发性组分含量过高，导致大量特征矿物形成，从而使物料粘聚成皮或块．     

基于混合建模的水泥生料分解过程动态特性研究

为掌握水泥分解炉运行过程的动态特性,采用机理建模与神经网络相结合的方法构建了水泥分解炉一维特性模型,并结合工业数据对该方法的可行性进行验证。结果表明,模型能够准确地计算炉内温度、气体浓度等参数,具有良好的泛化性能。基于所提出的模型,研究了炉内各状态参数的稳态分布特性。此外,对喷煤量、生料下料量、喷氨量以及高温风机转速等操作变量进行阶跃实验,分析上述操作变量改变时分解炉出口温度及出口NO _x 含量的动态响应情况。研究所得相关动态特性规律可以为控制系统的分析、设计和优化提供参考与依据。     

六级预分解系统煤粉配比计算研究

以六级预热预分解系统为模板,通过物料和热量平衡计算,分析了增加入炉燃料量对系统参数的影响。结果表明,随着分解炉喂煤比例的逐渐增大。各级预热器和分解炉出口的气体温度及入窑物料温度逐渐升高。炉中煤粉燃烧率和碳酸盐分解率随炉煤比例的增大而提高,炉煤比例超过73%后,碳酸盐分解基本完成。随炉煤比例的增大,熟料产量大幅提高,热耗有所下降。但考虑到系统的稳定性,炉煤比例控制在71%~73%较为合理。     

DD分解炉燃烧与分解耦合过程的数值模拟

针对一实际尺寸的DD分解炉进行了煤燃烧与碳酸钙分解耦合过程的三维数值模拟研究,其中,对连续相采用Euler坐标系下的k-ε双方程湍流模型,采用离散相模型(discrete phase model)进行颗粒相的运动轨迹计算,采用组分运输模型(species transport model)结合涡耗散概念模型(EDC)模拟煤粉燃烧及生料分解过程,采用P-1辐射模型计算气体和颗粒之间的辐射换热。计算所得煤粉燃烬率为86%,碳酸钙分解率为92.9%,与工程实际数据吻合较好,表明模拟结果的可信性。研究结果表明:来自底部向上运动的高速烟气流与两股横向三次风相遇后,汇合成一股高速向上运动的主气流,携带着煤粉流在分解炉中心处向上运动,并偏向位于分解炉侧面的出口方向;煤粉的燃烧主要发生在分解炉下半柱体部分中心处,并形成了高温区;碳酸钙则围绕着高温区迅速分解,其分解过程主要发生在分解炉下半柱体部分。     

FLS分解炉二维流场的数值模拟计算

针对一实际尺寸FLS分解炉内的湍流流场建立数学模型 ,给出该数学模型的数学解法 .详细地对炉内的流场进行了数值模拟 ,数值计算结果给出速度、湍流动能等参数的分布 ,为分析分解炉内的传热、传质及化学反应过程提供了理论依据。     

1 000t/d生产线的技术改造

青铜峡水泥集团l000t／d预分解窑生产线，自投产以来，因部分辅机及工艺设备问题，一直处于不正常状态，熟料产量低。质量差。后对该生产线进行了多次改造，主要改造内容为：改造熟料斗式输送机；将生料提升机由链斗式改为胶带斗式提升机；改进窑尾密封；对TD分解炉进行扩客改造；改进喂煤系统；对第二代TC型篦冷机进行换代改造。技改后，窑运转率、产量提高，熟料质量明显改善。     

高氯原料在预分解窑系统中的实践与应用

若原燃料中氯含量过高,会影响新型干法生产线窑系统的正常运行,引起窑尾系统的结皮和堵塞。消除氯不利影响的常规措施是采用“旁路放风”,但这既要增加投资,又要增加熟料的热耗和电耗。新绛威顿水泥有限责任公司1000t／d生产线所用原燃料中氯含量大大超标,通过采取优化操作、调整配料和加强生产管理等手段,基本消除了氯对窑系统的不利影响,实现了系统连续、稳定、正常的生产运行。     

三条2000t／d离线喷腾型分解炉窑的技术特点及生产调试

本文主要介绍了已建成投产的三条2000t/d离线喷腾型分解炉新型干法生产线的技术特点和生产调试结果.并在对其技术特点比较和生产调试经验总结的基础上,对系统可能进一步实行优化提出建议.