水泥回转窑系统低氮燃烧技术设计介绍

<正>水泥回转窑系统低氮燃烧技术是应用广泛、经济实用的NOx减排措施。它通过改变燃烧设备的燃烧条件来降低NOx的形成,具体来说,是通过调节燃烧温度、烟气中的氧气浓度及烟气在高温区的停留时间等方法来抑制NOx的生成或还原已生成的NOx。低氮燃烧技术包括低氮燃烧器、分解炉空气分级燃烧及分解炉燃料分级燃烧等。笔者参与了多个水泥厂低氮燃烧技术的选择,本文对此给予介绍,并举例说明分解炉     

加热炉新型低氮火嘴在线更换改造

由于燃烧方法及条件对NOx的生成有直接影响,可以通过采用低NOx的燃烧器改变燃烧方法,达到降低Nox含量的目的。选择新型低NOx的燃烧器需考虑单台热负荷、燃料气性质、给风量、温度、炉膛的高度,以及炉管与燃烧器的距离等因素,低氮燃烧器在200万t/a柴油加氢装置火嘴改造中的应用取得了较好的效果。     

空气过剩燃烧的优点

加拿大某公司采用流体、动力计算机技术(CFD)优化燃烧器设计,降低NOx排放值。其设计概念是增大燃烧器的空气量,通过CFD技术,使通过燃烧器的空气流和燃料混合,并保持稳定的火焰形状,由于入燃烧器空气量多,则燃烧温度相对低些,所产生的NOx量也低。此类燃烧器已在北美的一些焚烧工业废弃物和生活垃圾的回转窑上使用。采用新燃烧器后,不论是燃烧油还是天然气,在过剩空气较大情况下,NOx和硫化物排放值均降低。全硫排放可减少83%,NOx则可降至66%~69%。用于锅炉,NOx减少高达98.6%,这是控制峰值温度和增大过剩空气的结果。     

低氮燃烧器在5000t/d生产线上的应用

河南省禹州市锦信水泥有限公司有一条5 000t/d生产线,2013年7月开始使用低氮燃烧器,通过与厂家的共同探讨研究,改善燃煤方案、加强工艺管理措施和改进工艺煅烧等方法,顺利实现了低氮燃烧器的使用,达到了理想降氮效果。1煤粉燃烧过程产生NOx的机理分析NOx主要是通过热力型NOx,燃料型NOx和瞬时型NOx三种途径生成的．并且都在煤燃烧过程中出现。瞬时刹NOx是由燃料挥发物中的碳氢化合物高温分解生成的CH自由基和空气中氮反应生成的HCN和N,再进一步与氧作用以极快的反应速率生成NO,它的生成与温度关系不大。瞬时型NOx仅占NOx总排放量的5％左右。     

全过程低氮燃烧技术在水泥厂的应用

分级燃烧技术和再燃脱硝技术在操作过程中除了分风、分煤等的硬件设施外,还需要围绕烧成主线的全系统精细化操作,粗放的操作模式不能有效降低氮氧化物的排放。由于现有的技术还不能实现低成本、有效地NOx的减排,因此,有必要进行观念的更新、技术的整合和参数的优化,提高低氮燃烧的效率,实现水泥窑炉的低氮排放。针对当前低氮燃烧技术的应用现状,我公司开发了全过程低氮燃烧技术,该技术是在分级燃烧技术的基础上进一步研发的降低系统NOx排放量的技术,将窑炉全系统的预热器、分解炉、回转窑、喷煤管、三次风管和煤粉及生料喂料作为一个有机的整体纳入系统控制,从抑制NOx的生成和还原已生成的NOx两方面入手,对燃料品质、燃料制备质量、燃料与助燃空气的合理分布,燃烧器的旋转动量与轴向动量等影响因素进行科学合理地调控,实现对窑炉温度场和气氛场的系统控制,实现窑炉全过程 NOx的形成控制及还原分解。     

国产低氮燃烧器在裂解炉轻烃适应性改造中的工业应用

运用火焰分散、多级燃料烧嘴、烟气再循环及CFD模拟等技术,对裂解炉燃烧器进行国产低氮技术改造,经过3个周期的运行表明:燃烧器工作良好,热负荷符合设计指标,炉膛热通量分布合理,NOx排放量降低48.8%,热效率提高,排烟温度大幅降低,延长了运行周期,整体技术达到国际先进水平,节能环保效益显著。     

水泥工业氮氧化物减排的途径

0 引言 NOx的减排实现途径可从燃料生命周期的3个阶段入手,即燃烧前、燃烧中和燃烧后[1-3].当前,燃烧前脱氮的研究很少,几乎所有的研究成果都集中在燃烧中和燃烧后的NOx的控制.国际上把燃烧中NOx的所有控制措施统称为一次措施,把燃烧后的NOx控制措施统称为二次措施,又称为烟气脱氮技术.目前,燃烧中NOx控制技术主要是指低氮燃烧技术,该技术是根据燃料在燃烧过程中NOx的生成机理,通过改进燃烧技术来降低NOx的生成和排放,大致可分为两类,即低氮燃烧器和分级燃烧技术(包括空气分级燃烧技术和燃料分级燃烧技术).     

水泥回转窑用无烟煤作燃料的技术措施

无烟煤作水泥生产用燃料是一个牵涉烧成系统乃至煤粉制备系统的新技术。不同类型的回转窑在用无烟煤作燃料时的技术有所区别。对预分解窑来讲，必须提高无烟煤在分解炉中的燃烧温度、时间和空间，减少CaCO3分解过程同一时间的吸热量，改善无烟煤着火和燃烧的环境。     

低NOx燃气燃烧技术研究进展

气体燃料具有易于点火、燃烧迅速、燃烧完全等特点,且氮、硫、灰分低,因此燃烧后产生的污染物相对较少,属于较清洁的燃料,且国家燃气补贴政策的实施,使气体燃料燃烧近年来有很好的发展前景。但随着国家对大气污染物的控制更加严格,控制气体燃料燃烧过程中NOx的生成至关重要。笔者介绍了不同种类NOx的产生机理及影响因素,并基于NOx的产生机理提出控制措施,分析目前应用较广泛的燃气燃烧技术的低氮原理及应用现状,最后提出燃气燃烧器应用的展望。燃气燃烧过程中主要以热力型NOx及快速型NOx为主,温度和过量空气系数是影响NOx生成的主要影响因素。燃烧温度高于1 500℃时,热力型NOx呈指数型增长,温度是影响NOx生成的最重要因素。根据NOx产生机理,低NOx燃烧技术的实质是降低最高燃烧温度,控制燃烧区燃料浓度以及氧浓度,缩短烟气在高温区的停留时间,破坏NOx生成的最佳条件,最终抑制NOx的生成。低NOx燃烧技术一定程度降低了NOx的生成,但又会破坏整个燃烧进程,对燃烧和放热过程造成不利影响,降低了燃烧效率和传热效率,因此如何解决这些矛盾是亟需解决的问题。在实际应用中,应根据需求选择合适的燃烧技术,同时可将不同燃烧技术相结合起到稳燃、低氮的效果。应用较广泛的燃气燃烧技术主要是阶段型燃烧技术、烟气再循环燃烧技术、无焰燃烧技术等,其中催化燃烧技术发展前景较好,目前已应用于多个领域,其催化剂的热稳定性和寿命问题是限制其工业上广泛应用的核心问题。     

铜陵海螺10000t/d线NOx控制技术及操作

铜陵海螺1000t/d水泥熟料生产线采用了丹麦史密斯公司的DBC型Duoflex燃烧器和在线型低NOx分解炉来降低NOx排放。根据抑制NOx生成的燃烧技术和机理，得出燃烧器操作要点为：(1)保证较高的燃料空气当量比；(2)形成低氧燃烧工况；(3)在满足烧成情况下降低燃烧强度。分解炉操作要点为：(1)严格控制窑尾烟气中的氧含量；(2)在不造成窑尾温度上升和还原带结皮的情况下，尽量提高还原带的温度。通过该线与其它不同规模生产线实际运行时工艺参数的对比，文章对该系统降低NOx排放技术应用进行客观的评价。     

回转窑窑头密封改造

窑头密封采用新型密封,在窑头罩负压的工艺条件下,最大限度地减少窑外冷风的进入,进而减少氮氧化物（NOx）的生成,降低燃料消耗量,取得节能减排的效果。     

回转窑燃无烟煤生产水泥工艺技术与装备

O前言 与烟煤相比,无烟煤具有挥发分低、燃烧着火温度高、燃烬时间长等特点,因而早期水泥回转窑都无法用其作烧成燃料。近10多年来,水泥回转窑     

神华煤锅炉低氮燃烧特性研究

神华煤极易着火、燃尽,燃烧性能优良,且煤中氮、硫含量低,使神华煤在低氧和低氮结合的燃烧条件下,保持了较高的燃尽性能和较一般烟煤偏低的NOx生成量。神华煤的低硫特性保证了在贫氧(没有足够的氧气保证充分燃烧)条件下,炉内H2S含量不是太高,没有明显的高温腐蚀倾向。采用低氮燃烧后,燃烧器区燃烧强度降低,缓解了炉内结渣,部分锅炉屏区的结渣也有所缓解,提高了具有严重结渣倾向的神华煤的掺烧比例。神华煤采用低氧燃烧和低氮燃烧相结合的技术,保证了锅炉的燃烧经济性、安全性和低NOx生成特性,指标明显优于国内其他典型烟煤。     

稀释剂对氮氧化物生成的影响

通过对稀释剂在NOx治理方面的作用展开了简要的分析和评价。分析表明,氧浓度越高,CO2稀释效果越明显,NOx浓度越低;N2稀释燃料火焰质量流量的效果比稀释空气对降低NOx浓度更加有效。CO2和N2两者不论是空气还是燃料稀释,都会减少NOx的稀释量,在同一速度下,稀释空气比稀释燃料对NOx降低更有效。不过,稀释浓度的增加会导致温度的下降。而SO2在贫燃料状态下,N/S中的S越大,NOx生成越小;在富燃料状态下,S越大NOx生成越大。     

新型低氮燃气分级燃烧器燃烧特性和NOx排放的CFD研究

应用CFD软件Fluent数值模拟了某二甲苯塔再沸炉在役油气联合燃烧器燃烧和NOx排放特性,分析了其NOx排放浓度较高的原因,提出了新型低NOx燃气分级燃烧器的改造方案,并数值模拟了新型燃烧器空气预热温度Tair、过剩空气系数α和主辅喷枪燃气质量分率Rp对辐射室壁面热通量、出口温度、火焰高度和炉膛出口NOx排放浓度的影响。针对在役燃烧器的模拟结果与现场运行数据吻合良好,说明所选模型能够正确模拟炉膛内部的流动、辐射、燃烧和NOx生成过程。新型燃烧器模拟结果表明,增加Tair会增加辐射壁面热通量,同时也会增加NO的排放;辐射壁面热通量随α增加而降低,NOx排放浓度随α增加而增加;Rp对炉内传热和NOx排放的影响并不明显。当Tair = 220℃、α = 1.05及Rp= 0.24时,新型燃烧器在模拟范围内达到最佳运行工况,辐射壁热通量为37.45kW/m2,NOx排放浓度为12.1μL/L。     

420t/h四角切圆锅炉低氮燃烧改造数值模拟研究

为达到严格的超低排放标准,目前国内绝大部分电站锅炉均实施了NOx排放控制技术改造。针对一台燃用烟煤的420 t/h四角切圆煤粉锅炉,将原双通道燃烧器改造为水平浓淡燃烧器并加装3层燃尽风(SOFA),从而达到低氮燃烧的效果。应用数值模拟方法进行方案论证,研究了一次风浓淡比、SOFA风率和SOFA风射流角度等参数对锅炉燃烧状况及NOx排放规律的影响,并提出最佳改造方案。随着浓淡比的增加,炉膛出口温度逐渐增加,而NOx含量逐渐降低。浓淡比为4∶1时,飞灰含碳量最低。随着浓淡比增大,CO浓度升高,增强了主燃区域的还原性,抑制挥发分含氮中间产物氧化成NO;另一方面,浓淡比增大使浓煤粉气流挥发分析出速率加快,强化挥发分含氮中间产物HCN和NH3将已生成的NO还原为N2;同时,淡侧气流煤粉浓度低,含氮基团析出量变小,与氧反应生成NO的量减少。随着SOFA风率的增加,炉膛出口烟温、飞灰含碳量增加,20%SOFA风率时,NOx浓度较高,SOFA风率由30%增加到40%时,NOx浓度基本保持不变。随着SOFA风率的增加,主燃区形成的低O2高CO浓度的强还原性气氛抑制了HCN及NH3被氧化成NO,反而促进了其与已生成的NO发生反应生成N2。此外,高SOFA风风率下,主燃区高温区缩小,生成的热力型NOx也相应减少。随着SOFA风射流角度上扬,还原区加长,有利于降低NOx浓度,但燃尽区的火焰中心会上升,煤粉燃尽时间变短,炉膛出口温度和飞灰含碳量上升。随射流角度增加,O2浓度降低而CO浓度升高,这是由于射流角度增大延迟了煤粉燃尽过程,增加了化学不完全燃烧损失;这种低氧高CO的强还原性气氛大大抑制了NOx生成。根据数值模拟结果,确定试验锅炉的低氮燃烧改造方案为:选择浓淡比为4∶1的水平浓淡燃烧器作为改造燃烧器,SOFA风率定为30%,SOFA射流角度上扬15°。改造后锅炉燃烧稳定,NOx排放显著降低,为220 mg/Nm3左右(降幅达65%～70%),而飞灰含碳量保持在3%～4%,表明改造方案可达到良好的低氮燃烧效果。     

煤粉工业锅炉燃烧兰炭试验研究

为提高兰炭在煤粉工业锅炉上的燃烧效率,以陕西煤业化工集团生产的兰炭为原料,进行煤粉工业锅炉燃烧试验,分析了兰炭着火、稳燃、燃烬情况;针对兰炭燃烧过程中存在的问题提出解决方案。结果表明:高效煤粉工业锅炉双锥燃烧器的独特结构和浓相燃烧的方式,为兰炭的着火和稳燃提供了良好条件。在过量空气系数1.2,一、二、三次风比例分别为0.11、0.47、0.42,预热时间3 min,伴燃时间4 min的条件下,实现了兰炭粉的着火和自维持稳定燃烧,燃烧期间后部温度保持在550℃,炉膛中部温度大于800℃。针对兰炭燃烧存在燃烧器内燃点靠后、着火区域温度低和兰炭燃烧不完全等问题,提出可通过调整燃烧室的结构和尺寸,使燃烧器蓄热能力增强,延长煤粉预热时间,产生更多高温回流烟气,使兰炭在燃烧器中快速着火并稳定传播到炉膛,降低兰炭灰残炭率,提高燃烧效率。     

58 MW煤粉工业锅炉空气分级燃烧试验研究

加快推进燃煤工业锅炉环保改造,有效降低煤粉工业锅炉大气污染物排放量,特别是降低NOx排放迫在眉睫。空气分级燃烧技术是一种减排效果显著,改造成本较低的低氮燃烧技术,已在电站锅炉得到成功应用。为考察空气分级燃烧技术在煤粉工业锅炉上应用效果,以煤科院某58 MW煤粉工业锅炉空气分级改造项目为研究对象,通过在侧墙上布置6个火上风喷口,实现空气分级燃烧。通过工程试验,采用特制水冷取样枪以及耐高温烟气分析仪,测量了该锅炉原工况(不采用火上风)与分级燃烧(采用火上风)工况下,炉内3个不同截面(每个截面10个取样点)以及双锥燃烧器内6个测点处烟气温度及烟气组分。结果表明,分级燃烧工况下,双锥燃烧器内在x=0.3 m测点后形成了高温、强还原性气氛,有效抑制了燃烧初始阶段NOx的生成。这是因为分级工况下双锥燃烧器内氧气被迅速消耗,焦炭燃烧反应速率显著下降,焦炭气化反应明显增强,故形成了较强的还原性,有效遏制了NOx的生成。炉内不同截面烟气温度及组成变化规律表明,原工况烟气温度分布整体呈现燃烧器射流中心高、外侧低的趋势,氧含量分布与温度分布趋势相反,而分级工况受双锥燃烧强还原性高速火焰以及火上风喷射的影响,截面温度波动较大,中间截面呈现燃烧器射流中心偏低的现象。分级工况在炉内形成明显的还原区,且表现为燃烧器射流中心CO浓度高、外侧低的现象,有效降低了炉内NOx生成。58 MW煤粉工业锅炉火上风空气分级低氮改造,在双锥燃烧器及炉内创造了合理的贫氧还原区,具有良好的低氮效果。     

铝/正庚烷基纳米流体燃料的着火特性

采用挂滴法研究了纳米铝粉及表面活性剂(油酸)浓度对正庚烷基纳米流体燃料着火特性的影响,用热电偶测量了管式电阻炉内温度为500℃时液滴及其附近的气相温度随时间的变化. 结果表明,随油酸浓度增加,纳米流体燃料的着火温度显著升高;随纳米铝粉浓度增加,纳米流体着火温度明显降低.     

浅谈TC型四通道煤粉燃烧器

TC型四通道回转窑煤粉燃烧器是天津仕名公司在TC型三通道煤粉燃烧器的基础上研制开发的最新一代的燃烧设备,专门用于干法回转窑。主要的特点是通过大幅度减少一次空气消耗量达到节能,通过降低NO_x排放量,减少环境污染,是一种典型的节能、环保型回转窑用煤粉燃烧器。 1 四通道喷煤管的结构与燃烧特点 随着技术的不断进步,国外许多公司相继研制开发出水泥回转窑用四通道煤粉燃烧器,其工作原理与回转