技术丨分解炉梯度燃烧自脱硝技术的工程化应用

引言

近年来，国家和水泥行业大气污染物排放治理力度加强，多个省市也相继出台超低排放实施方案，不同区域内水泥窑系统氮氧化物（以NO₂计）最高允许排放浓度≤100 mg/Nm3或≤50 mg/Nm3，已经是大势所趋。依据BAT（Best Available Technology）理论，在污染物产生的源头进行控制能够显著降低污染物治理的成本，而采用分解炉梯度燃烧自脱硝技术能大幅度降低氮氧化物本底浓度，配合现有的SNCR脱硝系统优化或高效SNCR技术应用，可为进一步实施氮氧化物超低排放政策夯实基础，并大幅度降低脱硝成本。

图1 分解炉梯度燃烧自脱硝原理图

2C + O₂→ 2CO；C+CO₂→ 2CO；2CO+ 2NO → N₂+ 2CO₂

2.1 技改方案设计前的准备工作

技改方案设计前应做好烧成系统运行现状调研和热工诊断测试工作，主要评估现有分解炉的热工制度是否合理，分解炉内风、煤、料混合现状及优化方向、分解炉内煤粉燃尽情况等，以便根据每个工厂的实际情况制订设计方案；同时，对影响烧成系统稳定运行的因素（如生料喂料和喂煤的稳定性、窑尾密封状况等）进行评估，确定是否需要在实施分级燃烧技改的同时进行优化改进，为烧成系统热工制度的稳定提供基本保障。

2.2 技术改造方案设计

分解炉梯度燃烧自脱硝技改方案设计以不影响水泥窑产质量和热耗为前提，通过对分解炉喂煤和喂料、三次风入分解炉、烟室缩口等的调整，建立基于氧含量和温度受控的强还原区稳定流场和满足还原NOx反应所需时间的还原区容积，实现对分解炉内燃料燃烧的过程控制和减少氮氧化物排放的目的。设计方案聚焦在强还原区域的容积设计、分解炉下部煤粉分级加入布置方式优化、C4预热器分料点的配套调整、窑炉通风阻力的合理匹配调整、脱硝分风后三次风的合理改造等方面。

分解炉梯度燃烧自脱硝必须建立在对窑炉热工制度的把控上，改造后的调试及操作优化对分解炉梯度燃烧自脱硝系统运行效果的发挥非常重要，因此，需在技改过程中组织技术骨干开展赋能学习，让操作人员领会改造意图，适应改造后的精细化操作要求，统一操作思想，维护好稳定的烧成系统热工制度。运行控制的重点是通过风、煤、料之间匹配调整，维护好分解炉强还区、弱还原区及燃尽区域的温度场和气体成分合理分布，实现在不影响窑产质量、煤耗的前提下提高自脱硝效率。

该司完成了多条水泥生产线分解炉梯度燃烧自脱硝技术改造，取得了良好的应用效果（部分工厂技改效果见表3），改造后回转窑产质量基本没有影响甚至略有改善，自脱硝效率≥50%，实现节约氨水35%左右，其中A厂利用分解炉梯度燃烧自脱硝与SNCR系统脱硝，达成了当地政府氮氧化物≤100 mg/Nm3超低排放要求。同时也为该司创造了良好的经济效益，5 000 t/d生产线每年可节约氨水150万元左右。

表3 部分工厂分解炉梯度燃烧自脱硝技改效果

分解炉梯度燃烧自脱硝技术的工程应用通过科学的工艺设计和精细化运行控制，保障分解炉中下部风煤料混合效果，发挥强还原区和弱还原区对氮氧化物的还原和抑制生成作用，从本质上减少了氮氧化物排放量，降低了SNCR脱硝氨水消耗；其改造费用低，周期短，不增加运行成本和二次污染。因此，分解炉梯度燃烧自脱硝技术应用不仅是水泥企业氮氧化物减排、降低脱硝成本的可靠途径，更是当前水泥行业实施氮氧化物超低排放的首选技术。

作者：蒋文伟，陶从喜，沈序辉，梁乾，何明海，李维，王明

来源：《华润水泥技术研发（广西）有限公司》

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