水泥窯氮氧化物減排技術(shù)優(yōu)化方案和措施(2013水泥年會(huì))1

水泥窯氮氧化物減排技術(shù)

優(yōu)化方案和措施

北京建筑材料科學(xué)研究總院固廢資源化利用與節(jié)能建材國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室匯報(bào)人：陳曉東：?jiǎn)挝缓?jiǎn)介北京建筑材料科學(xué)研究總院隸屬于北京金隅集團(tuán)。是國(guó)家級(jí)技術(shù)中心，擁有固廢資源化及節(jié)能建材國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。水泥環(huán)保技術(shù)研究所以服務(wù)水泥企業(yè)、提供水泥環(huán)保節(jié)能技術(shù)支持和服務(wù)為導(dǎo)向，先后承擔(dān)了國(guó)家973課題2項(xiàng)及“十二五”科技支撐項(xiàng)目1項(xiàng)，并先后承擔(dān)北京市和金隅集團(tuán)課題研究及產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目20余項(xiàng)。主要內(nèi)容CO對(duì)SNCR效率的影響協(xié)同處置生活垃圾對(duì)NOx減排的影響強(qiáng)化窯尾換熱提高窯尾燃料比例對(duì)NOx減排的影響匯報(bào)內(nèi)容CO濃度影響SNCR脫硝效率的理論分析結(jié)論高溫?zé)煔庵猩傻腛H基元是SNCR脫硝反應(yīng)所必需的，大量OH基元的生成可以促進(jìn)更多的NH2自由基生成進(jìn)而還原NOx，但同時(shí)OH基元也是CO氧化為CO2的反應(yīng)參與者，因此CO的氧化過(guò)程和脫硝還原反應(yīng)過(guò)程存在著對(duì)OH基元的爭(zhēng)奪。這是CO濃度影響SNCR脫硝效率的本質(zhì)原因。CO對(duì)SNCR效率的影響CO濃度影響SNCR脫硝效率的理論分析SNCR脫硝機(jī)理（NH3與OH的基元反應(yīng)）

SNCR脫除NO的詳細(xì)反應(yīng)機(jī)理是由NH3轉(zhuǎn)化為NH2基元開(kāi)始的，在此過(guò)程中，OH是關(guān)鍵的基元。

NH3對(duì)NOx的還原是從NH3生成NH2自由基開(kāi)始的：NH3+OH?NH2+H2O(1)CO對(duì)SNCR效率的影響CO濃度影響SNCR脫硝效率的理論分析在溫度窗口內(nèi),NH2主要有2條還原NOx的反應(yīng)途徑:NH2+NO?NNH+OH(2)NH2+NO?N2+H2O(3)NNH的后續(xù)反應(yīng)為:NNH+NO?HNO+N2(4)CO對(duì)SNCR效率的影響CO濃度影響SNCR脫硝效率的理論分析CO與OH的基元反應(yīng)CO主要通過(guò)以下兩個(gè)基元反應(yīng)，反應(yīng)（5）消耗OH基元，生成C02，反應(yīng)（6）同時(shí)又促進(jìn)OH的生成。CO+OH?C02+H(5)O2+H?O+OH(6)CO對(duì)SNCR效率的影響CO濃度影響SNCR脫硝效率的理論分析在不同的工況（溫度、氣氛等）條件下，兩種反應(yīng)的速率會(huì)發(fā)生變化。顯然，當(dāng)CO通過(guò)反應(yīng)（5）消耗了一定量的OH基元而不能通過(guò)反應(yīng)（6）生成更多的OH基元，則影響SNCR脫硝反應(yīng)的進(jìn)行，反之當(dāng)CO消耗OH基元的同時(shí)還能生成更多地OH基元，則會(huì)提高SNCR脫硝效率。CO對(duì)SNCR效率的影響

CO濃度影響SNCR脫硝效率的結(jié)果分析（NOx出口/NOx進(jìn)口）/%溫度/℃

圖1燃煤煙氣CO濃度對(duì)NOx脫除的影響（采用氨水）CO對(duì)SNCR效率的影響CO對(duì)SNCR效率的影響

圖2分解爐內(nèi)CO濃度對(duì)NOx脫除的影響（采用氨水）降低CO濃度的技術(shù)手段和SNCR設(shè)計(jì)原則

1燒成工藝的優(yōu)化（1）分解爐的改造對(duì)于分解爐容積較小，氣體停留時(shí)間較短的分解爐，通過(guò)對(duì)分解爐主體加高延長(zhǎng)以及增加后置鵝頸管的方式進(jìn)行擴(kuò)容改造，可以減少燃料不完全燃燒現(xiàn)象。實(shí)際上即使不考慮脫硝問(wèn)題，這類(lèi)工廠(chǎng)也應(yīng)通過(guò)工藝的優(yōu)化來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，而如果在確定分解爐改造方案時(shí)，能結(jié)合SNCR技術(shù)的實(shí)施統(tǒng)籌考慮CO的燃盡區(qū)停留時(shí)間和脫硝還原劑反應(yīng)時(shí)間，則無(wú)疑是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)節(jié)能高效和環(huán)保高效的最佳技術(shù)路線(xiàn)。CO對(duì)SNCR效率的影響（2）優(yōu)化燃料入爐和生料入爐工藝對(duì)采用的燃料特性進(jìn)行研究分析，確定合理的燃料預(yù)燃空間，避免剛?cè)霠t的生料過(guò)早與入爐燃料接觸，使燃料穩(wěn)定燃燒。生料的入爐工藝應(yīng)結(jié)合燃料特點(diǎn)來(lái)確定。尤其是當(dāng)采用低品質(zhì)煤和低熱值固廢燃料時(shí)，應(yīng)考慮生料分級(jí)入爐的工藝和設(shè)施，以靈活控制燃燒溫度和爐溫，防止“冷爐”而造成的燃料不完全燃燒。應(yīng)考慮加強(qiáng)煤粉和生料分散均布的工藝措施，防止產(chǎn)生局部區(qū)域燃料或生料過(guò)濃的現(xiàn)象。充分利用噴騰、旋流等各種流場(chǎng)效應(yīng)來(lái)加強(qiáng)分散、均布、混合，延長(zhǎng)燃料和生料在爐內(nèi)的停留時(shí)間。CO對(duì)SNCR效率的影響（3）優(yōu)化系統(tǒng)用風(fēng)，滿(mǎn)足正常生產(chǎn)平衡要求通過(guò)熱工標(biāo)定、熱工計(jì)算等分析手段，可以找出系統(tǒng)中存在的因非操作因素造成的用風(fēng)不平衡問(wèn)題并加以解決。通過(guò)這種手段可以發(fā)現(xiàn)原始設(shè)計(jì)或安裝砌筑過(guò)程中存在的問(wèn)題，來(lái)解決那些在實(shí)際生產(chǎn)中長(zhǎng)期存在的不明原因的困擾。如前所述的窯列與三次風(fēng)列空氣流量分配的問(wèn)題，在實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)一些工廠(chǎng)的窯尾煙室固定縮口面積確實(shí)不合適，尤其是對(duì)于帶離線(xiàn)燃燒系統(tǒng)的生產(chǎn)線(xiàn)，很容易造成因三次風(fēng)量偏小導(dǎo)致燃料預(yù)燃不好而出現(xiàn)CO升高的現(xiàn)象。其實(shí)類(lèi)似的一些問(wèn)題很容易通過(guò)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行熱工診斷后發(fā)現(xiàn)，并通過(guò)一些簡(jiǎn)單的優(yōu)化手段來(lái)完善。CO對(duì)SNCR效率的影響2三次風(fēng)分級(jí)入爐形成燃盡區(qū)燃料分級(jí)和空氣分級(jí)是氮氧化物減排的一個(gè)重要技術(shù)措施，由于在分解爐內(nèi)形成CO濃度較高的還原區(qū)，因此將一部分三次風(fēng)由主風(fēng)管引出送入分解爐中后段合理部位形成CO燃盡區(qū)，是減少分解爐出口CO濃度的有效措施。未來(lái)隨著新型干法窯企業(yè)的轉(zhuǎn)型，低熱值廢物替代燃料的使用范圍和用量將不斷增加，CO濃度上升的問(wèn)題會(huì)進(jìn)一步受到關(guān)注，而三次風(fēng)分級(jí)入爐來(lái)加強(qiáng)CO再燃燒的技術(shù)手段應(yīng)用會(huì)越來(lái)越普遍。當(dāng)然，并不是從三次風(fēng)管引出一根管道再進(jìn)入分解爐就一定會(huì)收到明顯效果，設(shè)計(jì)中需要注意下述問(wèn)題：CO對(duì)SNCR效率的影響（1）燃料或替代燃料的燃燒特性對(duì)于起燃溫度低、燃燒速度快的燃料，要求在還原區(qū)的停留時(shí)間短；反之，要求在還原區(qū)的停留時(shí)間長(zhǎng)。（2）三次風(fēng)分級(jí)入爐位置需要通過(guò)熱工計(jì)算得出的有關(guān)部位工況煙氣流量，根據(jù)分解爐的結(jié)構(gòu)和容積，以及燃料在還原區(qū)的停留時(shí)間要求，確定入爐的位置。（3）三次風(fēng)分級(jí)比例因不同工廠(chǎng)的工藝條件而異。20-30%的分風(fēng)比例無(wú)論是從研究結(jié)果還是生產(chǎn)實(shí)踐效果來(lái)看，是被認(rèn)可的。（4）原有分解爐和三次風(fēng)管的改造原有三次風(fēng)管與分解爐的連接尺寸應(yīng)加以調(diào)整，以免過(guò)多影響三次風(fēng)入爐的風(fēng)速，進(jìn)而對(duì)爐內(nèi)流場(chǎng)、生料和燃料均布及熱反應(yīng)過(guò)程產(chǎn)生影響。CO對(duì)SNCR效率的影響3SNCR還原劑入爐的位置（1）避免距離燃料主燃燒區(qū)過(guò)近當(dāng)采用氨水或尿素溶液時(shí)，噴射位置與燃料主燃區(qū)域過(guò)近，將會(huì)對(duì)燃料燃燒產(chǎn)生影響。（2）避免直接噴入分級(jí)燃燒形成的還原區(qū)還原區(qū)的CO濃度已經(jīng)較高，還原劑噴入還原區(qū)后將消耗OH基，造成CO濃度進(jìn)一步升高，而高濃度的CO將會(huì)影響SNCR脫硝效率。（3）應(yīng)在空氣分級(jí)入爐位置后的某段合理區(qū)域噴入還原劑分級(jí)空氣入爐后可使未燃盡CO進(jìn)一步燃燒。為保證CO燃燒充分，應(yīng)預(yù)留出CO燃燒反應(yīng)的時(shí)間。（4）應(yīng)在分解爐內(nèi)預(yù)留還原劑與NOx還原反應(yīng)的時(shí)間CO對(duì)SNCR效率的影響RDF入爐位置脫氮管入爐位置MC-2MC-1SBSCSBSCCO對(duì)SNCR效率的影響分解爐CO二次燃盡區(qū)有效容積和SNCR還原反應(yīng)區(qū)的有效容積設(shè)計(jì)（噴槍與分解爐連接位置設(shè)計(jì)）CO二次燃盡時(shí)間：1.25sSNCR還原反應(yīng)時(shí)間：1.0sCO對(duì)SNCR效率的影響脫氮管入爐位置主要內(nèi)容CO對(duì)SNCR效率的影響協(xié)同處置生活垃圾對(duì)NOx減排的影響強(qiáng)化窯尾換熱提高窯尾燃料比例對(duì)NOx減排的影響匯報(bào)內(nèi)容技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)針對(duì)可燃篩上物和生物干化篩上物不同燃燒特性確定不同的工藝技術(shù)路線(xiàn)：可燃篩上物：直接入分解爐燃燒。生物干化篩上物：熱解后含有熱值的氣體入爐燃燒。協(xié)同處置生活垃圾對(duì)NOx減排影響

可燃篩上物直接喂入分解爐可燃篩上物直接入分解爐燃燒工藝流程圖可燃篩上物熱值高，總需氧量大，可以在懸浮狀態(tài)下利用大量三次風(fēng)燃燒，利于窯系統(tǒng)煙氣平衡協(xié)同處置生活垃圾對(duì)NOx減排影響生物干化篩上物熱解氣體入分解爐生物干化篩上物直接入分解爐燃燒工藝流程圖生物干化篩上物熱值低，總需氧量小，利用系統(tǒng)外少量的空氣，對(duì)三次風(fēng)影響小，利于窯系統(tǒng)煙氣平衡協(xié)同處置生活垃圾對(duì)NOx減排影響AlternativeFuels(AF)

Theexperimentregardingagedrefusesubstitutingcement

calcinerfuelTheNOxemissionconcentrationandvelocityisreducedsignificantlybyAFutilizing.Duetothelackofrealizationofstagedcombustion,notonlytheenergywastedbutalsotheoperationriskyincreasedbyresultinginalargenumberofCO.0100200300400500600700煤煤+垃圾排放濃度（mg/m3）050100150200250排放速率(kg/h)ConcentrationVelocityNOxEmissionConcentrationNOxEmissionVelocity協(xié)同處置生活垃圾對(duì)NOx減排影響可燃篩上物直接喂入分解爐縮口之上協(xié)同處置生活垃圾對(duì)NOx減排影響可燃篩上物直接入爐高溫風(fēng)機(jī)及部分廢氣處理管道改造窯尾煙氣管道霧化增濕系統(tǒng)改造多管冷卻器改造袋收塵器改造尾排風(fēng)機(jī)改造協(xié)同處置生活垃圾對(duì)NOx減排影響預(yù)熱器系統(tǒng)改造分解爐區(qū)改造系統(tǒng)工藝優(yōu)化改進(jìn)提升主要內(nèi)容CO對(duì)SNCR效率的影響協(xié)同處置生活垃圾對(duì)NOx減排的影響強(qiáng)化窯尾換熱提高窯尾燃料比例對(duì)NOx減排的影響匯報(bào)內(nèi)容在定義新一代新型干法技術(shù)特征時(shí)，首先提出的特征是“提升水泥窯系統(tǒng)的功能與效率，開(kāi)發(fā)更先進(jìn)的預(yù)熱器、分解爐、旋窯、燃燒器、冷卻機(jī)的功能與效能，進(jìn)一步提高懸浮預(yù)熱、預(yù)分解和高溫?zé)蛇^(guò)程的燃燒、傳熱效率和降低氮氧化物的產(chǎn)生量，生產(chǎn)更高品質(zhì)、更高等級(jí)的水泥熟料，較大幅度降低能耗和氮氧化物的排放量?！睆?qiáng)化窯尾換熱提高窯尾燃料比例對(duì)NOx減排的影響“產(chǎn)量一”的設(shè)計(jì)方案是以其它窯型已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的燒成帶截面熱負(fù)荷為依據(jù)，在原有基礎(chǔ)上提高窯頭的用煤量，挖掘回轉(zhuǎn)窯的生產(chǎn)能力，并根據(jù)按常規(guī)設(shè)計(jì)的窯頭與窯尾用煤比例關(guān)系，通過(guò)對(duì)預(yù)熱器、分解爐的技術(shù)改造，使其結(jié)構(gòu)、爐容等能夠適應(yīng)窯尾用煤量的提高，滿(mǎn)足提產(chǎn)后的要求，大幅度提高熟料產(chǎn)量。強(qiáng)化窯尾換熱提高窯尾燃料比例

對(duì)NOx減排的影響產(chǎn)量二的設(shè)計(jì)方案窯頭噴煤絕對(duì)數(shù)量在“產(chǎn)量一”的情況下不變（截面熱負(fù)荷在“產(chǎn)量一”的基礎(chǔ)上不再提高），繼續(xù)增大分解爐內(nèi)的噴煤量（例如達(dá)到總用煤量的75%左右甚至更高），提高生料的入窯溫度（例如達(dá)到1000℃甚至更高），使原本在窯內(nèi)進(jìn)行的吸熱過(guò)程，再部分地移到分解爐內(nèi)進(jìn)行，大幅度地減輕窯內(nèi)的負(fù)擔(dān)，從而大幅度地提高回轉(zhuǎn)窯的熟料產(chǎn)量強(qiáng)化窯尾換熱提高窯尾燃料比例

對(duì)NOx減排的影響強(qiáng)化窯尾換熱提高窯尾燃料比例

對(duì)NOx減排的影響窯直徑（m）Di（m）截面熱負(fù)荷qA(×107KJ/m2h)常規(guī)設(shè)計(jì)產(chǎn)量（t/d）產(chǎn)量一（t/d）產(chǎn)量二（t/d）Φ3.02.641.648270015232152Φ3.22.841.7088120018712644Φ3.53.101.7845170024153412Φ4.03.601.9216250037925358Φ4.74.262.0885500059748441Φ5.24.762.20647000810711455新型干法回轉(zhuǎn)窯理論計(jì)算產(chǎn)量（2004年公開(kāi)發(fā)表）強(qiáng)化窯尾換熱提高窯尾燃料比例

對(duì)NOx減排的影響1700-1900℃熱力型NOx燃料型NOx分解爐內(nèi)850~1200℃燃料型NOx分解爐內(nèi)低溫?zé)o焰燃燒回轉(zhuǎn)窯內(nèi)高溫明焰燃燒NO