在分解爐內(nèi)分級(jí)煅燒降低NOx的研究
2010-12-28 00:00
德國(guó)水泥研究所對(duì)Pyroclon(以下稱I型，見圖1)和PrepolMSC(以下稱II型，見圖2)兩種分級(jí)煅燒的分解爐進(jìn)行了研究。
1 過(guò)?？諝庀禂?shù)和燃料品種的影響
以前的試驗(yàn)表明，在分級(jí)煅燒式分解爐的還原區(qū)內(nèi)存在一最佳過(guò)?？諝庀禂?shù)，如超過(guò)了，因氧濃度增大而NO生成量也就增加；如太低，雖然對(duì)NOX的分解是有利的，但卻增加了中間產(chǎn)物(HCN、NH３等)，這些化合物一旦進(jìn)入分解爐的燃燒區(qū)，在富氧條件下，再生成新的NO。
在6臺(tái)窯上進(jìn)行試驗(yàn)(I型2臺(tái)，II型4臺(tái)，產(chǎn)量1600-6000t/d)。B廠(II型，5000t/d )分解爐還原區(qū)的過(guò)剩空氣系數(shù)因設(shè)計(jì)所限不可能低于0.9，而A、C兩廠(II型，6000t/d和2500t/d)均可分別降到0.6和0.4。
試驗(yàn)結(jié)果表明：過(guò)?？諝庀禂?shù)略有降低，N()Ｘ生成就少很多，用褐煤為燃料時(shí)最顯著，而用石油焦+煤為燃料時(shí)，卻看不出有何影響。因此可以認(rèn)為燃料內(nèi)的揮發(fā)分含量及燃料的活性起重要作用，在還原區(qū)燃料排放的氮愈多，通過(guò)減少過(guò)?？諝鈦?lái)降低NＯＸ 的效果愈好。這是由于揮發(fā)分多了，CH團(tuán)增多使NO得以分解。在C廠的試驗(yàn)還表明，將煤磨得細(xì)一些，可增大降低過(guò)?？諝獾淖饔?。這可能是由于煤細(xì)了揮發(fā)分排放也就加快了。
與在發(fā)電廠的試驗(yàn)結(jié)果不同，本試驗(yàn)得出的最佳過(guò)剩空氣系數(shù)遠(yuǎn)低于0.8。從還原區(qū)取樣以經(jīng)典化學(xué)分析方法測(cè)定HCN和NH３的濃度結(jié)果表明，NH３濃度隨過(guò)?？諝庀禂?shù)的減少而增加(與發(fā)電廠的經(jīng)驗(yàn)吻合)；但即使02濃度很低(0.1％-1.5％體積比)也檢測(cè)不到HCN，說(shuō)明HCN完全氧化為NO的說(shuō)法不成立。而是HCN在高濃度的CaO的觸媒作用下全部生成了NH3，幾乎沒(méi)有任何HCN能夠到達(dá)燃燒區(qū)再形成新的NO;而且形成的NH3還可促使NO在燃燒區(qū)內(nèi)分解，因?yàn)槠錅囟仍诎l(fā)生SNCR反應(yīng)的溫度窗內(nèi)。因此,還原區(qū)的最佳過(guò)?？諝庀禂?shù)降低(低于電廠的試驗(yàn)結(jié)果)。
由此可見，II型分解爐的三次風(fēng)管和燃燒區(qū)進(jìn)風(fēng)管的尺寸的設(shè)計(jì)應(yīng)向有利于大量減少過(guò)剩空氣的方向改進(jìn)。而對(duì)于I型分解爐則應(yīng)盡量加大出窯氣流系列的燃料比例，此類改進(jìn)對(duì)采用高揮發(fā)分的燃料，如褐煤，尤為必要。為了解用二次燃料時(shí)NＯＸ的變化情況，在兩臺(tái)窯上用揮發(fā)分高達(dá)70％的二次燃料做了試驗(yàn)。在B廠用較粗的燃燒慢的二次燃料代替30％的高活性煤，在燃料總含氮量可比的條件下，NO增加了0.24Kg NO2／t熟料，這是因?yàn)閮煞N燃料的燃燒速度不同，作為整體而言，燃燒在氧濃度較高的地方進(jìn)行。在C廠用30％揮發(fā)分較高的二次燃料代替低揮發(fā)分煤，燃料中的氮含量減少1.2％，在過(guò)?？諝庀禂?shù)為0.5時(shí)，NO 生成量大幅度地降了0.2kg NOx 熟料；但在過(guò)?？諝庀禂?shù)高時(shí)，因碳?xì)浠衔锏难杆偃紵?，?duì)NO的分解沒(méi)有幫助。
2 分解爐內(nèi)溫度對(duì)NO分解的影響
試驗(yàn)在D廠II型窯上進(jìn)行。當(dāng)物料全部從還原區(qū)下部與三次風(fēng)和燃料一起喂入時(shí)(沒(méi)有分級(jí)喂料)，可使還原區(qū)及燃燒區(qū)的溫度達(dá)約860℃；采用分級(jí)喂料時(shí)，物料滯后燃料0.5s喂入，使分解爐下部溫度升高，在某點(diǎn)測(cè)得1170℃(這可能導(dǎo)致結(jié)皮或損壞耐火材料)。兩種不同的喂料方式不僅使分解爐溫度不同而且也改變了分解爐中部的壓降和窯系統(tǒng)的氣流分布。兩次試驗(yàn)過(guò)剩空氣系數(shù)都是1.3。試驗(yàn)結(jié)果表明，分解爐還原區(qū)溫度的提高，明顯促進(jìn)了NO的分解，溫度對(duì)NO分解有重要影響。
3 影響NO分解的其他因素
雖然試驗(yàn)證明了窯尾氣流中NO流量大時(shí)分解爐內(nèi)NO的分解率也高，但總的NO量的提高只能部分被NO分解率的提高所抵消，所以，還是應(yīng)減少主燃燒系統(tǒng)的NO生成量。
出窯氣流與燃料的快速而均勻地混合有利于NO分解。對(duì)于截面積很大的分解爐，增加同一水平燃料喂入點(diǎn)的數(shù)量，對(duì)混勻是有效的。此外將燃燒器向主氣流方向傾斜一角度，使燃燒氣體在還原區(qū)端部得以充分混合，則延長(zhǎng)了在還原區(qū)的停留時(shí)間，可使HCN在生料內(nèi)充分轉(zhuǎn)化為NH３。
對(duì)于很小的預(yù)分解爐(分級(jí)燃料的比例<20％)的F廠而言，因不能使還原區(qū)的停留時(shí)間得到有效的延長(zhǎng)，而且由于燃燒區(qū)的停留較短，不能保證CO的燃盡，因而不可能增大分級(jí)燃料的比例，因此無(wú)法設(shè)定較低的過(guò)?？諝庀禂?shù)，降低NO的試驗(yàn)沒(méi)有成功。
4 以上一些措施的限制
優(yōu)化分級(jí)煅燒系統(tǒng)時(shí)，要考慮其對(duì)熟料質(zhì)量、窯操作及有害物質(zhì)排放的影響。例如，對(duì)I型分解爐，增大了出窯氣流系列的燃料比例，就必然要加大該處的喂料量，否則溫度太高。如此就意味阻力加大，減少了拉風(fēng)，對(duì)窯的煅燒有影響，同時(shí)三次風(fēng)量卻加大了。類似問(wèn)題也可發(fā)生在II型分解爐，不過(guò)程度要輕一些。改變了窯系統(tǒng)的空氣分布就改變了氧含量，也就改變了NO的含量。所以對(duì)I型分解爐，出窯氣流系列的燃料盡可能多，則既可使分解爐還原帶NO分解增加，又使窯內(nèi)生成的NO減少。新型三次風(fēng)管應(yīng)有翻板閥或閘閥可較準(zhǔn)確地控制過(guò)?？諝饬坑谝欢ǚ秶鷥?nèi)，可以調(diào)整因改變分解爐的操作參數(shù)帶來(lái)的影響。
下表列出在試驗(yàn)中采取減除NO措施的過(guò)程中對(duì)窯的操作和熟料質(zhì)量的影響，所有各次試驗(yàn)中均未發(fā)現(xiàn)對(duì)熟料f-CaO有影響。
試驗(yàn)中，C廠當(dāng)窯尾氣體含氧量為1.5％(體積比)、分解爐還原區(qū)過(guò)?？諝庀禂?shù)為0.4時(shí)，窯內(nèi)出現(xiàn)過(guò)短時(shí)的還原氣氛，其他試驗(yàn)均未出現(xiàn)。
有一次試驗(yàn)當(dāng)窯尾氣體含氧量為1.8％(體積比)、分解爐還原區(qū)過(guò)?？諝庀禂?shù)為0.4時(shí)，由于結(jié)皮、結(jié)蛋而不得不中止試驗(yàn)。
E廠因?yàn)槿剂陷^粗，一部分粗燃料(達(dá)20cm)落入窯內(nèi)繼續(xù)燃燒，如果該處氧含量過(guò)低，將會(huì)使硫固化率降低，內(nèi)部循環(huán)增加，易造成結(jié)皮而影響操作，因此其窯尾氧含量不低于3％-5％(體積比)。
在極端情況下，還原區(qū)過(guò)?？諝庀禂?shù)的降低能夠造成廢氣中CO濃度的升高，在A廠，當(dāng)過(guò)?？諝庀禂?shù)從0.8降為0.6時(shí)，廢氣中CO濃度從0.06％上升至0.08％(體積比)，B廠也有類似情況。但對(duì)于大多數(shù)試驗(yàn)，分解爐的不同操作方式均未對(duì)預(yù)熱器后C0的濃度產(chǎn)生明顯影響。
因此，各廠在采取降NOX的措施時(shí)應(yīng)考慮自己的條件和上述影響。
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