熟料燒成系統(tǒng)分級(jí)燃燒技術(shù)的應(yīng)用設(shè)計(jì)和操作

郭紅軍萬(wàn) 彬張輝元?jiǎng)⒄窈４藓２ü?佳

1. 淄博科邦熱工科技有限公司，山東 淄博 255086；2. 中材甘肅水泥有限責(zé)任公司，甘肅 白銀 730900；3. 甘谷祁連山水泥有限公司，甘肅 甘谷 741200；4. 山東聯(lián)合王晁水泥有限公司，山東 棗莊 277415

熟料燒成系統(tǒng)分級(jí)燃燒技術(shù)的應(yīng)用設(shè)計(jì)和操作

郭紅軍1萬(wàn) 彬2張輝元3劉振海4崔海波1郭 佳1

1. 淄博科邦熱工科技有限公司，山東 淄博 255086；2. 中材甘肅水泥有限責(zé)任公司，甘肅 白銀 730900；3. 甘谷祁連山水泥有限公司，甘肅 甘谷 741200；4. 山東聯(lián)合王晁水泥有限公司，山東 棗莊 277415

分解爐分級(jí)燃燒技術(shù)，是降低氮氧化物生成量、不會(huì)增加熟料制造成本的實(shí)用可靠的技術(shù)。合理設(shè)計(jì)分解爐分級(jí)燃燒的工藝系統(tǒng)，選擇性能好的低氮燃燒器，采用合理的操作方法，可以有效穩(wěn)定地降低系統(tǒng)的 NOx的生成量，同時(shí)降低系統(tǒng)熱耗和電耗，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

燃料 分級(jí) 分解爐 氮氧化物 低氮燃燒器 操作方法

0 引言

在熟料生產(chǎn)過(guò)程中，需要燃燒大量的生物燃料。在比較先進(jìn)的預(yù)分解窯水泥生產(chǎn)線中，每噸熟料燒成用標(biāo)準(zhǔn)煤約為100 kg，占到熟料產(chǎn)量的10%左右。根據(jù)理論和檢測(cè)統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)，每生產(chǎn)1 t熟料，就會(huì)產(chǎn)生1.5～1.8 kg氮氧化物。隨著民眾對(duì)大氣環(huán)境保護(hù)要求的不斷提高和國(guó)家對(duì)各種有害氣體排放濃度以及總量的要求越來(lái)越嚴(yán)格，水泥企業(yè)在環(huán)保方面的投資成本越來(lái)越大。其中，為了降低NOx的排放量，較多的燒成系統(tǒng)采用了SNCR脫硝技術(shù)，但是這項(xiàng)技術(shù)在應(yīng)用中對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生不少的影響：系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的生產(chǎn)線1 t熟料增加標(biāo)煤耗1.98～3 kg； 1 t熟料生產(chǎn)成本增加4～6元；分解爐結(jié)皮（特別是鵝徑管部分）增加、系統(tǒng)通風(fēng)變差；入窯生料分解率降低，最大時(shí)達(dá)到5%，從而影響產(chǎn)量；噴嘴長(zhǎng)期受高溫?zé)疽讚p壞；須增加人工及時(shí)清理和更換噴嘴，否則會(huì)增加氨水的用量；因?yàn)樵诜纸鉅t內(nèi)增加的液體和壓縮空氣會(huì)產(chǎn)生水汽，從而增加系統(tǒng)工況煙氣量，增加排風(fēng)機(jī)負(fù)荷，影響窯的產(chǎn)量。而且越是運(yùn)行穩(wěn)定的系統(tǒng)，這些現(xiàn)象表現(xiàn)得越明顯。

因此，從源頭上減少NOx的生成量，從而減少氨水和壓縮空氣的用量，是減少SNCR技術(shù)帶來(lái)的不利因素的一有效種措施。

在水泥熟料燒成系統(tǒng)中，有多種減少NOx的生成量的技術(shù)，如一次風(fēng)工作壓力低于36 kPa的低氮燃燒器、分解爐分風(fēng)燃燒和分煤燃燒的分級(jí)燃燒技術(shù)。從國(guó)內(nèi)外運(yùn)行的生產(chǎn)線的實(shí)際情況來(lái)看，這些技術(shù)都有效果。但是，這些單獨(dú)使用的降氮技術(shù)，都會(huì)對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行以及熟料質(zhì)量、熱耗等產(chǎn)生不同程度的負(fù)面影響。

在這里，根據(jù)我們?cè)?條不同結(jié)構(gòu)的分解爐、不同規(guī)模（1 200～5 000 t/d）的燒成系統(tǒng)中采用燃料分級(jí)燃燒技術(shù)，實(shí)現(xiàn)NOx降低30%～50%（氨水用量減少50%～100%）同時(shí)降低標(biāo)煤用量2～8 kg/t熟料的實(shí)際情況，簡(jiǎn)單地談一下對(duì)熟料燒成系統(tǒng)中利用分解爐分級(jí)燃燒的原理進(jìn)行應(yīng)用設(shè)計(jì)和系統(tǒng)操作的經(jīng)驗(yàn)。

1 改變系統(tǒng)氮氧化物生成量的因素

（1）窯頭噴煤管火焰的形狀和溫度狀態(tài)。目前大多數(shù)工廠都采用“短焰急燒”的燒成制度來(lái)煅燒熟料。這種操作制度一般會(huì)把燃燒器頭部的火焰溫度提高。其實(shí)，當(dāng)溫度高于1 500 ℃時(shí)，溫度每上升100 ℃，熱力型 NOx的反應(yīng)速率就會(huì)增長(zhǎng)6～7倍。因此，改變燒成制度，采用“正常火焰”[1]（降低火焰峰值溫度）煅燒操作制度就可以減少NOx的反應(yīng)速率和生成量。

（2）煤粉的水分和細(xì)度。當(dāng)煤粉的細(xì)度粗，燃燒過(guò)程相對(duì)緩慢時(shí)，NOx的生成量會(huì)降低。同理，當(dāng)煤粉水分（也包含內(nèi)水）大時(shí)亦如此。

（3）二次風(fēng)的含塵量。當(dāng)熟料的結(jié)粒不好，飛沙較多時(shí)，NOx的生成量會(huì)降低。

（4）操作原因。合理地減少噴煤管的用煤量，將會(huì)增加NOx的生成量；開(kāi)大三次風(fēng)管的閥門，減少窯內(nèi)通風(fēng)量，降低過(guò)?？諝庀禂?shù)時(shí)，會(huì)減少NOx的生成量。

（5） 設(shè)備選型。選擇一次風(fēng)用量少的噴煤管，會(huì)減少NOx的生成量。但是當(dāng)噴煤管的一次風(fēng)速偏高時(shí)（P＞36 kPa），會(huì)增加NOx的生成量。

（6） 分解爐內(nèi)的空氣量少，煤粉燃燒不充分（加煤多），產(chǎn)生還原氣氛時(shí)，會(huì)還原窯內(nèi)產(chǎn)生的NOx，從而使分解爐出口的NOx降低。

但是，這些單一的因素，也同時(shí)會(huì)對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生一些不利因素，比如會(huì)出現(xiàn)還原氣氛、fCaO合格率會(huì)降低、強(qiáng)度會(huì)降低等等。

2 分級(jí)燃燒技術(shù)的作用及類型

2.1 分解爐分級(jí)燃燒的主要作用

分解爐分級(jí)燃燒技術(shù)，是降低氮氧化物生成量而不會(huì)增加熟料制造成本的實(shí)用可靠的技術(shù)，其原理在文獻(xiàn)2中已有論述。這項(xiàng)技術(shù)的關(guān)鍵在于工藝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)、設(shè)備選型和操作技術(shù)（應(yīng)用技術(shù)）。

分解爐分級(jí)燃燒的主要作用有兩點(diǎn)，一是減少分解爐內(nèi)NOx的生成量，二是還原在窯內(nèi)產(chǎn)生的通過(guò)窯尾煙室進(jìn)入到分解爐內(nèi)的NOx。由于分解爐內(nèi)生料濃度高，生料分解與燃料燃燒耦合進(jìn)行，使分解爐內(nèi)流場(chǎng)、濃度場(chǎng)、溫度場(chǎng)、組分（濃度）場(chǎng)比較復(fù)雜。與單純的煤粉燃燒有很大不同，生料對(duì)NOx的產(chǎn)生有強(qiáng)力的催化作用。水泥生產(chǎn)過(guò)程中，離開(kāi)分解爐的NOx的降低水平取決于： 分解爐溫度（特別是初始區(qū)的燃燒溫度）； 燃料類型及其內(nèi)包含的揮發(fā)分和氮； 進(jìn)入分解爐氣體的NOx含量； 空氣過(guò)剩系數(shù)，特別是初始燃燒帶的空氣過(guò)剩系數(shù)。

煤在分解爐內(nèi)的燃燒包含：加熱、高溫分解、點(diǎn)火、氣相反應(yīng)、焦碳及碳黑的反應(yīng)。高溫分解產(chǎn)生的幾種氣相含氮組分為N2、HCN、NH3、NO，剩余氮包含在煤煙及焦碳中。高溫分解發(fā)生在分解爐底部，燃料引入后馬上反應(yīng)。在NOx減少及燃燒過(guò)程中涉及到400個(gè)基元反應(yīng)，一般僅考慮對(duì)NOx形成和減少起重要作用的幾個(gè)反應(yīng)。

2.2 分級(jí)燃燒技術(shù)的類型

目前在分解爐采用分級(jí)燃燒的技術(shù)有兩類：燃料分級(jí)燃燒技術(shù)（分煤）和空氣分級(jí)燃燒技術(shù)（分風(fēng)）。

國(guó)內(nèi)已使用“空氣分級(jí)燃燒”的系統(tǒng)，大都沒(méi)有正常使用。曾經(jīng)使用過(guò)的工廠發(fā)現(xiàn)，分出的三次風(fēng)在分解爐上部進(jìn)入后，容易導(dǎo)致該部分筒體進(jìn)風(fēng)處結(jié)皮，并塌落，故不再使用。同時(shí)從入爐三次風(fēng)中分出的這部分風(fēng)在進(jìn)入分解爐后，會(huì)影響整個(gè)分解爐內(nèi)原有的氣體流場(chǎng)和溫度場(chǎng)，影響分解爐的部分性能。因此大多沒(méi)有正常使用。國(guó)內(nèi)采用燃料分級(jí)燃燒技術(shù)相對(duì)多一些，這是本文討論的重點(diǎn)。

燃料分級(jí)燃燒技術(shù)的主要設(shè)計(jì)內(nèi)容都在分解爐的下部。這種結(jié)構(gòu)看似簡(jiǎn)單的技術(shù)，但它實(shí)際上不是一項(xiàng)單一的技術(shù)，更不單單是在分解爐的某一部位分設(shè)幾個(gè)在低過(guò)剩空氣區(qū)域噴煤燃燒的噴煤管那樣簡(jiǎn)單的事情。

水泥熟料燒成過(guò)程中，回轉(zhuǎn)窯窯頭使用大約整個(gè)系統(tǒng)用煤量的40%，由于工藝的需要，窯頭的火焰溫度高達(dá)1 500～1 750 ℃（在熟料燒成溫度為1 400～1 450 ℃時(shí)）。在這種溫度下，以產(chǎn)生熱力型NOx為主，產(chǎn)生的NOx約 750～1 200 ppm，分解爐中雖然使用了60%的燃料，但是由于煤粉在分解爐內(nèi)呈現(xiàn)無(wú)焰燃燒狀態(tài)，正常時(shí)不會(huì)有高溫火焰產(chǎn)生, 分解爐內(nèi)主要產(chǎn)生燃料型和瞬時(shí)型NOx。

回轉(zhuǎn)窯內(nèi)產(chǎn)生含NOx的窯尾廢氣進(jìn)入分解爐，廢氣熱焓可被分解爐內(nèi)生料分解所利用，其含有的NOx可以通過(guò)合理組織分解爐內(nèi)的燃燒狀況而被還原。經(jīng)過(guò)分解爐的相關(guān)作用，出預(yù)分解系統(tǒng)的 NOx約為 600～700 ppm，燒成系統(tǒng)平均排放濃度為650 ppm。

3 燃料分級(jí)燃燒系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.1 分級(jí)燃燒技術(shù)效果的保證條件

根據(jù)前面所述的原理可以發(fā)現(xiàn)，分級(jí)燃燒技術(shù)不是一個(gè)單一的技術(shù)，而是一個(gè)涉及到幾個(gè)方面的系統(tǒng)技術(shù)：

（1）分解爐分級(jí)燃燒部分的工藝設(shè)計(jì)——分解爐錐體的角度、三次分管入爐的位置和進(jìn)口形狀、風(fēng)速等；

（2） 分解爐燃燒器的設(shè)計(jì)選型——煤粉噴出的速度和形狀；

（3 ）窯頭燃燒器的選型——煤粉通道的位置和各風(fēng)道風(fēng)速、風(fēng)量等；

（4） 合理的操作方法——三次風(fēng)管閥門的開(kāi)度及噴煤管的調(diào)節(jié)使用。

這四項(xiàng)內(nèi)容的合理組合及參數(shù)的匹配，才能消除分級(jí)燃燒技術(shù)在實(shí)際運(yùn)行中帶來(lái)的不利因素，充分發(fā)揮降氮的效果和提高系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

燃料分級(jí)技術(shù)同空氣分級(jí)燃燒技術(shù)的原理類似，都是使分解爐第一級(jí)燃燒區(qū)內(nèi)過(guò)?？諝庀禂?shù)小于1，燃料先在缺氧條件下燃燒，使得燃燒速度和溫度降低，從而抑制熱力氮氧化物的生成。另外在燃料氮分解成中間產(chǎn)物（如NH、CN、HCN和NHx等）的相互作用下或與氮氧化物發(fā)生還原分解反應(yīng)，抑制燃料型氮氧化物的生成。

3.2 管道式分解爐燃料分級(jí)燃燒技術(shù)的設(shè)計(jì)

對(duì)于不同結(jié)構(gòu)的分解爐，雖然產(chǎn)生還原的設(shè)計(jì)原理是一樣的，但結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)卻不同。而合理的工藝結(jié)構(gòu)是減少分解爐NOx生成量和還原煙氣中NOx的關(guān)鍵之一。

管道式分解爐的結(jié)構(gòu)有很多種，其差別在于三次風(fēng)管的入爐方式和結(jié)構(gòu)，圖1是比較常用的三種結(jié)構(gòu)。

圖1 管道式分解爐的結(jié)構(gòu)類型

圖1a是最常見(jiàn)的三次風(fēng)管進(jìn)入分解爐的結(jié)構(gòu)，其三次風(fēng)管的入口形狀為“梯形”。三次風(fēng)是從分解爐的錐體部位傾斜向下進(jìn)入的。

圖1b是近幾年出現(xiàn)的一種結(jié)構(gòu)，與原來(lái)的管道爐不同的是三次風(fēng)管是水平進(jìn)入分解爐錐體部位的，三次風(fēng)管的形狀為圓型。

圖1c是三次風(fēng)管分為兩側(cè)進(jìn)入分解爐的一種結(jié)構(gòu)，其三次風(fēng)管進(jìn)風(fēng)口是方形的，兩側(cè)的進(jìn)風(fēng)口的位置有切向進(jìn)入和割線方向進(jìn)入以及中心線方向進(jìn)入的多種結(jié)構(gòu)。

這三種結(jié)構(gòu)，如果簡(jiǎn)單地采用燃料分級(jí)燃燒技術(shù)，在錐體部位增加分煤燃燒的噴煤管，其效果并不好。原因有二：一是這種結(jié)構(gòu)在分解爐錐體沒(méi)有穩(wěn)定的低過(guò)?？諝鈪^(qū)域，在這個(gè)區(qū)域內(nèi)的氣體中，由于三次風(fēng)（純空氣）的進(jìn)入，使這部分的過(guò)?？諝庀禂?shù)很高，并且純空氣的流場(chǎng)不均勻、不穩(wěn)定；二是低過(guò)?？諝鈪^(qū)域的空間尺寸不能達(dá)到煤粉預(yù)熱燃燒的條件。

從一個(gè)這種爐型的數(shù)值模擬圖形（見(jiàn)圖2）中，就能夠比較清楚地看出這些問(wèn)題。

在這種爐型的原設(shè)計(jì)中，為了使煤粉和物料分散得更加充分（不是均勻），三次風(fēng)從分解爐錐體部位進(jìn)入，使其與窯尾煙氣充分混合，形成強(qiáng)烈的風(fēng)速極高的氣體流場(chǎng)。在這種情況下，這個(gè)區(qū)域的過(guò)?？諝庀禂?shù)在分解爐的高度方向和每一個(gè)橫截面的每一處都是不同的，且不穩(wěn)定不均勻，有些地方甚至是高過(guò)?？諝鈪^(qū)域。而從其溫度場(chǎng)來(lái)看，溫度也是不均勻的，這樣很難形成一個(gè)穩(wěn)定的低過(guò)?？諝鈪^(qū)域，而煤粉也不能穩(wěn)定地在一種狀況下燃燒，所以很難形成穩(wěn)定的還原區(qū)，從而導(dǎo)致還原脫硝效果不穩(wěn)定和效果差。

圖2 管道式分解爐數(shù)值模擬圖

這里有一臺(tái)4 800 t/d管道式分解爐（見(jiàn)圖3）采用分級(jí)燃燒技術(shù)進(jìn)行改造的例子。

圖3 改造前分解爐的結(jié)構(gòu)

這種爐型改造設(shè)計(jì)的原則是：

首先要改動(dòng)分解爐的下部（見(jiàn)圖4），在這個(gè)位置設(shè)置一個(gè)低過(guò)?？諝鈪^(qū)域。這個(gè)區(qū)域的特點(diǎn)是：第一它是由分解爐錐體和分解爐柱體的一部分組成。在這個(gè)區(qū)域內(nèi)的氣體，全部都是窯內(nèi)的煙氣，基本沒(méi)有任何新鮮空氣（氧含量不大于2%），形成一個(gè)使煤粉在缺氧[2]的環(huán)境中因?yàn)橥獠康臏囟葘?dǎo)致其燃燒的條件；第二，在這個(gè)區(qū)域的上方，三次風(fēng)按照“旋噴組合”流場(chǎng)的方式進(jìn)入，形成一個(gè)穩(wěn)定的中心部位為煙氣、周邊為純空氣的旋轉(zhuǎn)流場(chǎng)；第三，將分解爐用煤分多點(diǎn)喂入分解爐錐體部位低過(guò)?？諝鈪^(qū)域和柱體上部的三次風(fēng)中，喂入分解爐錐體部位的這部分煤粉先是進(jìn)行缺氧的不充分燃燒，使得燃燒速度和溫度降低，因而抑制了熱力型氮氧化物的生成。另外在燃料氮分解成中間產(chǎn)物（如NH、CN、HCN和NHx等）的相互作用下，以及與窯內(nèi)過(guò)來(lái)的氮氧化物發(fā)生還原分解，抑制了出分解爐氮氧化物的生成量。另外設(shè)置在富氧區(qū)域的噴煤管則將另外一部分煤粉噴入到由三次風(fēng)形成的氣流中，在合理的過(guò)剩空氣區(qū)域的純空氣的環(huán)境中充分且穩(wěn)定地燃燒，保證了分解爐的性能。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理、操作合理的情況下，分解爐的生產(chǎn)能力和熱耗以及穩(wěn)定性都比原來(lái)性能更好。

圖4 改動(dòng)分解爐的下部結(jié)構(gòu)[2]

本次分級(jí)燃燒改造設(shè)計(jì)的內(nèi)容：

（1）首先在設(shè)計(jì)中改變分解爐錐體的結(jié)構(gòu)。這個(gè)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵是錐體的角度和高度。不同的下縮口噴騰風(fēng)速、不同的分解爐下部錐體幾何形狀和尺寸形成的流場(chǎng)不一樣，這些會(huì)影響煤粉停留的時(shí)間、燃燒速度以及產(chǎn)生CO氣體的數(shù)量。另外把三次風(fēng)管進(jìn)入分解爐的位置由原來(lái)的在錐體部位斜向下，改動(dòng)到分解爐的柱體部位。三次風(fēng)管的底平面到煙室縮口的上平面的尺寸是根據(jù)流場(chǎng)狀態(tài)來(lái)確定的。這樣三次風(fēng)管的下表面到窯尾煙室的縮口（窯氣噴出的位置）之間形成一個(gè)以窯氣為主的低過(guò)剩空氣區(qū)域。在這個(gè)區(qū)域，氣體的流場(chǎng)以噴騰和回轉(zhuǎn)的渦流為主。

（2）把原來(lái)采用的簡(jiǎn)易的分解爐噴煤管（經(jīng)常是一根鋼管或是帶有旋流器），更換為“變流場(chǎng)分解爐燃燒器”和 “復(fù)合流場(chǎng)分解爐燃燒器”（專利產(chǎn)品）[2]。通過(guò)可調(diào)節(jié)分料閥將煤粉分為四個(gè)通道，分別喂入三次風(fēng)的氣流位置和分解爐的錐體部位。其中“變流流場(chǎng)分解爐燃燒器”使用在分解爐的錐體部位，即還原區(qū)位置。這種結(jié)構(gòu)的噴煤管噴出的煤粉混合氣流的形狀可以與錐體部位的氣體流場(chǎng)匹配，不但使煤粉混合均勻，而且不會(huì)使錐體部位出現(xiàn)局部高溫而導(dǎo)致結(jié)皮?！皬?fù)合流場(chǎng)分解爐燃燒器”噴出的煤粉則主要進(jìn)入富氧的三次風(fēng)的旋轉(zhuǎn)流場(chǎng)中進(jìn)行充分燃燒，以保證分解爐的性能和對(duì)分解爐控制的靈敏性。

（3）改動(dòng)四級(jí)下料管在分解爐上的設(shè)計(jì)位置和結(jié)構(gòu)。首先將撒料箱內(nèi)的撒料板改為高效撒料板，同時(shí)根據(jù)分解爐的截面風(fēng)速，將撒料箱位置提高到三次風(fēng)管上方的合理位置。這個(gè)位置既要保證C4下來(lái)的物料不會(huì)出現(xiàn)短路和塌料現(xiàn)象，又要保證物料分散的均勻合理。

在設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇中，還調(diào)整了三次風(fēng)管的入爐風(fēng)速和窯尾煙室縮口的風(fēng)速，使旋噴結(jié)合的流場(chǎng)更加合理。

4 分級(jí)燃燒技術(shù)中的噴煤管以及操作技術(shù)要求

分級(jí)燃燒是一項(xiàng)系統(tǒng)技術(shù)，僅僅完成了工藝結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是不夠的。從系統(tǒng)降氮的原理以及國(guó)內(nèi)多個(gè)正在運(yùn)行的生產(chǎn)線的情況來(lái)看，選擇性能優(yōu)良的低氮燃燒器，采用正確、合理、穩(wěn)定的操作方法是關(guān)鍵技術(shù)之一。

國(guó)內(nèi)外的低氮燃燒器有多種類型，但是結(jié)構(gòu)不同，效果不同。明顯的不同在于：一是在窯內(nèi)低過(guò)?？諝庀禂?shù)的工況下對(duì)熟料煅燒質(zhì)量的控制能力不同；二是在合理控制熟料質(zhì)量和產(chǎn)量的前提下，產(chǎn)生的氮氧化物的數(shù)量（濃度）不同；三是在使用中定位方法不同。

在使用中發(fā)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)性能好的低氮燃燒器應(yīng)該具備四個(gè)特點(diǎn)： 一次風(fēng)量小于6%； 凈風(fēng)工作壓力小于36 kPa；配置長(zhǎng)徑比合理的攏焰罩（長(zhǎng)度一般不低于30 mm）； 在通道的布置上，煤風(fēng)通道應(yīng)在內(nèi)、外凈風(fēng)通道的里面（見(jiàn)圖5）。這四個(gè)條件中缺少任何一項(xiàng)，都會(huì)影響系統(tǒng)在保證熟料產(chǎn)質(zhì)量和熱耗的工況下減少氮氧化物，同時(shí)降低熱耗的技術(shù)性能。

圖5 低氮燃燒器頭部結(jié)構(gòu)

噴煤管的凈風(fēng)壓力增大，窯內(nèi)NOx增加。但一些噴煤管的結(jié)構(gòu)決定了其在低壓力下不能有效控制窯內(nèi)工況，必須高風(fēng)速高壓力才能保證性能。

分解爐和回轉(zhuǎn)窯組合后的系統(tǒng)，在生產(chǎn)中必同時(shí)兼顧。首先要保證窯內(nèi)工況正常，使熟料質(zhì)量合格，并不能增加熱耗；其次是要減少窯內(nèi)的過(guò)?？諝庀禂?shù)，控制窯內(nèi)NOx的生成量；三是要保證分解爐的性能，不能降低分解爐的能力和增加熱耗。

運(yùn)行中的主要控制數(shù)據(jù)為：

（1）控制窯內(nèi)過(guò)剩空氣系數(shù)≤1.05。

（2）窯頭噴煤管的凈風(fēng)壓力P≤36 kPa；

（3）三次風(fēng)管閥門的開(kāi)度大于85%；

（4）在不能采用精準(zhǔn)平衡操作技術(shù)[1]的工況下，高溫風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速應(yīng)盡量降低；

（5） 噴煤管相對(duì)于窯口中心線的位置應(yīng)該盡量遠(yuǎn)離物料，以免煤粉落入熟料中形成還原氣氛，影響熟料的質(zhì)量。

從國(guó)內(nèi)已經(jīng)運(yùn)行的一些其他公司設(shè)計(jì)的系統(tǒng)來(lái)看，如果不能有效控制窯內(nèi)過(guò)?？諝庀禂?shù)，減少氮氧化物的生成量，分解爐分級(jí)燃燒的脫硝效果就不能達(dá)到預(yù)期效果。同時(shí)，由于在分解爐還原區(qū)域噴入煤粉，不但容易使熱耗增加，而且會(huì)延長(zhǎng)煤粉的燃盡時(shí)間，使煤粉在預(yù)熱器中燃燒，造成預(yù)熱器堵塞。所以，在分級(jí)燃燒系統(tǒng)運(yùn)行中，采用精準(zhǔn)平衡操作技術(shù)[1]，可以把三次風(fēng)管的閥門全部打開(kāi)，使窯內(nèi)的過(guò)?？諝庀禂?shù)控制在≤1.05的工況下，減少窯內(nèi)的NOx的生成量，保證分級(jí)燃燒的效果。

5 改造效果

從已穩(wěn)定運(yùn)行的7條生產(chǎn)線的情況看（包括這條生產(chǎn)線），采用分解爐分級(jí)燃燒技術(shù)并在窯頭采用高性能的低氮燃燒器的系統(tǒng)，在系統(tǒng)產(chǎn)量不變的情況下：

（1）C1出口的NOx可以降低40%～50%，見(jiàn)表1；

表1 改造后的7條生產(chǎn)線的運(yùn)行情況

（2）分解爐的用煤量明顯減少，這7條生產(chǎn)線降低標(biāo)煤耗在5 kg/t熟料以上；

（3）熟料的游離鈣平均值下降，合格率提高5%～8%；

（4）C1出口的壓力降低500～800 Pa；

（5）系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，調(diào)試時(shí)間不大于7天，運(yùn)行中可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間不進(jìn)行調(diào)整的運(yùn)行狀況。

表1所列的項(xiàng)目中，只有JY廠是只做了分解爐的改造而沒(méi)有在窯頭采用符合前述條件的低氮燃燒器，則出現(xiàn)了效果稍差的情況。但是也會(huì)比一般的分級(jí)燃燒技術(shù)好得多，特別是在減少用煤量和系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性方面比較突出。

6 結(jié)束語(yǔ)

合理的設(shè)計(jì)分解爐分級(jí)燃燒的工藝系統(tǒng)，選擇性能好的低氮燃燒器，采用合理的的操作方法，可以有效穩(wěn)定地降低系統(tǒng)的 NOx的生成量，同時(shí)降低系統(tǒng)熱耗和電耗，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

歸納起來(lái)，筆者所論述的分解爐分級(jí)燃燒技術(shù)具有以下特點(diǎn)： 可以形成穩(wěn)定的還原區(qū)域，還原窯氣中的NOx；分解爐的溫度場(chǎng)均勻，不易產(chǎn)生燃料型NOx；分解爐的流場(chǎng)穩(wěn)定均勻，垂直于分解爐中心線的橫截面上氣體速度均勻；改造后，三次風(fēng)管的閥門可以全部打開(kāi)運(yùn)行，窯爐兩個(gè)系列的煙氣和空氣重新平衡在新的狀態(tài)，不但系統(tǒng)的平衡阻力降低，而且有利于發(fā)揮分解爐的重要作用；可以消除分解爐錐體部位容易出現(xiàn)結(jié)皮的現(xiàn)象；管道中的分料閥可以方便地調(diào)節(jié)各個(gè)位置的用煤量。這項(xiàng)技術(shù)已由本公司申請(qǐng)了名為“分級(jí)燃燒分解爐”的專利（專利號(hào)ZL201420135016.9）。

總之，將多項(xiàng)技術(shù)綜合應(yīng)用后實(shí)現(xiàn)的“水泥熟料節(jié)能降氮燒成”技術(shù)，是穩(wěn)定提高系統(tǒng)性能、大幅度降低氮氧化物、大幅度降低系統(tǒng)熱耗的同時(shí)又提高了熟料產(chǎn)質(zhì)量的最佳方案。

[1] 郭紅軍, 金加勝, 沈衛(wèi)泉, 等. 論熟料燒成系統(tǒng)精準(zhǔn)平衡操作技術(shù)[J].新世紀(jì)水泥導(dǎo)報(bào), 2016(3):22-28.

[2] 劉繼斌, 顏新傳, 朱精瑞. 4 800 t/d預(yù)分解窯分級(jí)燃燒技術(shù)的實(shí)踐[J].新世紀(jì)水泥導(dǎo)報(bào), 2015(6):23-26.

TQ172.625.3

B

1008-0473(2016)04-0029-05 DOI編碼：10.16008/j.cnki.1008-0473.2016.04.006

2016-05-20）