水泥窯煙氣脫硝燒成系統的應用研究

摘要：本文介紹了水泥窯煙氣脫硝窯頭燒成和窯尾燒成系統改造的技術原理和技術方案，探討了采用窯頭低氮煤粉燃燒技術可實現降低回轉窯內熱力型NOx生產量，采用窯尾分解爐高強還原燃燒控制技術可實現將回轉窯內熱力型NOx高強還原，大大降低了NOx生產量，結合實踐應用，驗證了采用窯頭低氮煤粉燃燒技術和分解爐高強還原燃燒控制技術可實現脫硝效率60%以上，大大降低了NOx排放濃度和排放總量，降低了氨水用量和脫硝成本。

1．前言

隨著環境保護工作形勢的日益嚴峻，NOx作為重點管控指標之一，新型干法水泥回轉窯內的燒結溫度高，過剩空氣量大、NOx排放濃度高且灰量大使其脫硝工程面臨著艱巨的挑戰。目前用于水泥回轉窯NOx排放的控制技術大多采用選擇性非催化還原技術SNCR，但SNCR技術脫氮效率低，日常投入費用太高，給水泥生產增加了較重的經濟負擔。本文介紹了水泥窯煙氣脫硝窯頭燒成和窯尾燒成系統改造的技術原理和技術方案，探討了采用窯頭低氮煤粉燃燒技術可實現降低回轉窯內熱力型NOx生產量，采用窯尾分解爐高強還原燃燒控制技術可實現將回轉窯內熱力型NOx高強還原，大大降低了NOx生產量，結合實踐應用，驗證了采用窯頭低氮煤粉燃燒技術和分解爐高強還原燃燒控制技術可實現脫硝效率60%以上，大大降低了NOx排放濃度和排放總量，降低了氨水用量和脫硝成本。

2．水泥窯煙氣脫硝燒成系統技術原理

2.1窯頭低氮煤粉燃燒技術原理

窯頭燒成系統采用低氮燃燒控制技術，通過控制窯頭燃燒器火焰的高溫動態時間，減少氮氣和氧氣在高溫區的反應時間。從NOx的反應時間，反應溫度，反應介質上控制回轉窯內NOx的生成量。

窯頭燒成系統采用一次風量小于6%低氮節能燃燒器，可保證煤粉充分燃燒的情況下有效減少多余一次風進入窯內，有利于加快煤粉著火速度，較少的一次風用量不但可以降低煤耗和電耗而且可以降低燃燒器高風速與窯內低風速速度差所造成的大量空氣聚集而形成的峰值溫度，減少回轉窯內熱力型NOx的生成量。

2.2窯尾分解爐高強還原燃燒控制技術原理

窯尾燒成系統采用分解爐高強還原燃燒控制技術和窯頭窯尾用煤量優化控制技術，使煤粉在分解爐內全部分解，形成大量的CO、CHi、H2、HCN和固定碳等還原劑，將窯內產生的熱力型NOx強力還原成N2。從而大幅度減少窯尾煙氣的NOx含量，達到脫硝的目的。

3．水泥窯煙氣脫硝燒成系統技術方案

3.1窯頭低氮煤粉燃燒技術方案

（1）窯頭燃燒器采用一次風量小于6%的低氮節能燃燒器，采用低氮煤粉燃燒控制技術，降低回轉窯內熱力型NOx生成量。如圖1所示：

圖1低氮節能燃燒器頭部實物圖

（2）優化窯頭煤粉輸送系統，提高窯頭煤粉輸送的氣固比，降低窯頭煤粉輸送的風量，降低燃燒型NOx的生成量。

（3）控制窯頭燃燒器火焰的高溫動態時間，減少氮氣和氧氣在高溫區的反應時間。從NOx的反應時間，反應溫度，反應介質上控制回轉窯內NOx的生成量。

3.2分解爐高強還原燃燒控制技術方案

（1）窯尾煤粉燃燒系統技術方案：

優化窯尾煤粉輸送系統，提高窯尾煤粉輸送的氣固比，降低窯尾煤粉輸送的風量。

采用高性能專用強旋流擴散型窯尾煤粉燃燒器，優化窯尾燃燒器的安裝位置，使擴散的煤粉以一定速度旋流進入強力還原區，提高煤粉的分解效果，以產生最多的還原氣氛。如圖2所示：

圖2脫硝專用強旋流擴散型窯尾煤粉燃燒器實物圖

（2）三次風管技術方案

窯尾脫硝燒成系統在分解爐形成的強力還原區是有三次風管與窯尾煙室縮口之間的位置形成的，因此，對于三次風管的位置有一定的要求，三次風管的位置在分解爐形成強力還原區的上部。

（3）四級下料管技術方案

窯尾脫硝燒成系統需對四級旋風筒下料管在分解爐下料點的位置需要進行優化，四級旋風筒下料管對分解爐下料點位于三次風管之上，高于三次風管0.5米以上，將每列單管下料，更改為雙管下料，每單列增加一套分料閥、翻板閥、撒料箱及相應的下料管延長。其目的是將相對低溫物料下移，吸收還原區高溫，凝聚窯氣中析出的堿硫等有害成分，防止結皮的發生。

具體技術方案如圖3和圖4所示：

圖3窯尾脫硝燒成系統技術改造前示意圖

圖4窯尾脫硝燒成系統技術改造后示意圖

4．水泥窯煙氣脫硝燒成系統應用實踐

河南某重點水泥生產企業一條5000噸熟料生產線，依照上述技術方案進行了煙氣脫硝窯頭燒成系統和窯尾分解爐燒成系統的技術改造，取得了良好效果。表1所示為該企業窯系統脫硝主要參數：

該企業進行煙氣脫硝窯頭燒成和窯尾分解爐燒成系統技術改造后，不噴入氨水在分解爐強力還原區上方檢測NOx濃度為600mg/Nm3，相同NOx控制指標情況下，氨水用量平均下降了72%；脫硝綜合效率大于60%。具體技術改造前后主要工藝參數對比如表2所示：

表2煙氣脫硝技術改造前后主要工藝參數對比如下：