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4800t/d管道式分解炉分级燃烧技术改造案例
作者:石少然  来源: http://www.hebeisikailin.com/xwzx/n1424.html   发布时间:2021-03-22

    河北思凯淋环保科技有限公司设备部脱硝喷枪小编为您整理的4800t/d管道式分解炉(见图3)采用分级燃烧技术进行改造的案例。


分解炉的结构

图3 改造前分解炉的结构

这种炉型改造设计的原则是:

首先要改动分解炉的下部(见图4),在这个位置设置一个低过剩空气区域。这个区域的特点是:第一它是由分解炉锥体和分解炉柱体的一部分组成。在这个区域内的气体,全部都是窑内的烟气,基本没有任何新鲜空气(氧含量不大于2%),形成一个使煤粉在缺氧的环境中因为外部的温度导致其燃烧的条件;第二,在这个区域的上方,三次风按照“旋喷组合”流场的方式进入,形成一个稳定的中心部位为烟气、周边为纯空气的旋转流场;第三,将分解炉用煤分多点喂入分解炉锥体部位低过剩空气区域和柱体上部的三次风中,喂入分解炉锥体部位的这部分煤粉先是进行缺氧的不充分燃烧,使得燃烧速度和温度降低,因而抑制了热力型氮氧化物的生成。另外在燃料氮分解成中间产物(如NH、CN、HCN和NHx等)的相互作用下,以及与窑内过来的氮氧化物发生还原分解,抑制了出分解炉氮氧化物的生成量。另外设置在富氧区域的喷煤管则将另外一部分煤粉喷入到由三次风形成的气流中,在合理的过剩空气区域的纯空气的环境中充分且稳定地燃烧,保证了分解炉的性能。在结构设计合理、操作合理的情况下,分解炉的生产能力和热耗以及稳定性都比原来性能更好。

分解炉的下部结构图4 改动分解炉的下部结构

本次分级燃烧改造设计的内容:

(1)首先在设计中改变分解炉锥体的结构。这个结构的关键是锥体的角度和高度。不同的下缩口喷腾风速、不同的分解炉下部锥体几何形状和尺寸形成的流场不一样,这些会影响煤粉停留的时间、燃烧速度以及产生CO气体的数量。另外把三次风管进入分解炉的位置由原来的在锥体部位斜向下,改动到分解炉的柱体部位。三次风管的底平面到烟室缩口的上平面的尺寸是根据流场状态来确定的。这样三次风管的下表面到窑尾烟室的缩口(窑气喷出的位置)之间形成一个以窑气为主的低过剩空气区域。在这个区域,气体的流场以喷腾和回转的涡流为主。

(2)把原来采用的简易的分解炉喷煤管(经常是一根钢管或是带有旋流器),更换为“变流场分解炉燃烧器”和“复合流场分解炉燃烧器”(专利产品)。通过可调节分料阀将煤粉分为四个通道,分别喂入三次风的气流位置和分解炉的锥体部位。其中“变流流场分解炉燃烧器”使用在分解炉的锥体部位,即还原区位置。这种结构的喷煤管喷出的煤粉混合气流的形状可以与锥体部位的气体流场匹配,不但使煤粉混合均匀,而且不会使锥体部位出现局部高温而导致结皮。“复合流场分解炉燃烧器”喷出的煤粉则主要进入富氧的三次风的旋转流场中进行充分燃烧,以保证分解炉的性能和对分解炉控制的灵敏性。

(3)改动四级下料管在分解炉上的设计位置和结构。首先将撒料箱内的撒料板改为高效撒料板,同时根据分解炉的截面风速,将撒料箱位置提高到三次风管上方的合理位置。这个位置既要保证C4下来的物料不会出现短路和塌料现象,又要保证物料分散的均匀合理。

在设计参数的选择中,还调整了三次风管的入炉风速和窑尾烟室缩口的风速,使旋喷结合的流场更加合理。

04对喷煤管和操作技术的要求

分级燃烧是一项系统技术,仅仅完成了工艺结构的设计是不够的。从系统降氮的原理以及国内多个正在运行的生产线的情况来看,选择性能优良的低氮燃烧器,采用正确、合理、稳定的操作方法是关键技术之一。

国内外的低氮燃烧器有多种类型,但是结构不同,效果不同。明显的不同在于:一是在窑内低过剩空气系数的工况下对熟料煅烧质量的控制能力不同;二是在合理控制熟料质量和产量的前提下,产生的氮氧化物的数量(浓度)不同;三是在使用中定位方法不同。

在使用中发现,结构性能好的低氮燃烧器应该具备四个特点:一次风量小于6%;净风工作压力小于36kPa;配置长径比合理的拢焰罩(长度一般不低于30mm);在通道的布置上,煤风通道应在内、外净风通道的里面(见图5)。这四个条件中缺少任何一项,都会影响系统在保证熟料产质量和热耗的工况下减少氮氧化物,同时降低热耗的技术性能。

低氮燃烧器头部结构

图5 低氮燃烧器头部结构

喷煤管的净风压力增大,窑内NOx增加。但一些喷煤管的结构决定了其在低压力下不能有效控制窑内工况,必须高风速高压力才能保证性能。

分解炉和回转窑组合后的系统,在生产中必同时兼顾。首先要保证窑内工况正常,使熟料质量合格,并不能增加热耗;其次是要减少窑内的过剩空气系数,控制窑内NOx的生成量;三是要保证分解炉的性能,不能降低分解炉的能力和增加热耗。

运行中的主要控制数据为:

(1)控制窑内过剩空气系数≤1.05。

(2)窑头喷煤管的净风压力P≤36kPa;

(3)三次风管阀门的开度大于85%;

(4)在不能采用精准平衡操作技术的工况下,高温风机的转速应尽量降低;

(5)喷煤管相对于窑口中心线的位置应该尽量远离物料,以免煤粉落入熟料中形成还原气氛,影响熟料的质量。

从国内已经运行的一些其他公司设计的系统来看,如果不能有效控制窑内过剩空气系数,减少氮氧化物的生成量,分解炉分级燃烧的脱硝效果就不能达到预期效果。同时,由于在分解炉还原区域喷入煤粉,不但容易使热耗增加,而且会延长煤粉的燃尽时间,使煤粉在预热器中燃烧,造成预热器堵塞。所以,在分级燃烧系统运行中,采用精准平衡操作技术,可以把三次风管的阀门全部打开,使窑内的过剩空气系数控制在≤1.05的工况下,减少窑内的NOx的生成量,保证分级燃烧的效果。

05改造效果

从已稳定运行的7条生产线的情况看(包括这条生产线),采用分解炉分级燃烧技术并在窑头采用高性能的低氮燃烧器的系统,在系统产量不变的情况下:

(1)C1出口的NOx可以降低40%~50%,见表1;

(2)分解炉的用煤量明显减少,这7条生产线降低标煤耗在5kg/t熟料以上;

(3)熟料的游离钙平均值下降,合格率提高5%~8%;

(4)C1出口的压力降低500~800Pa;

(5)系统运行稳定,调试时间不大于7天,运行中可以实现长时间不进行调整的运行状况。

图片图片表1 改造后的7条生产线的运行情况改造后的7条生产线的运行图片图片

表1所列的项目中,只有JY厂是只做了分解炉的改造而没有在窑头采用符合前述条件的低氮燃烧器,则出现了效果稍差的情况。但是也会比一般的分级燃烧技术好得多,特别是在减少用煤量和系统运行的稳定性方面比较突出。

06结束语

合理的设计分解炉分级燃烧的工艺系统,选择性能好的低氮燃烧器,采用合理的的操作方法,可以有效稳定地降低系统的 NOx的生成量,同时降低系统热耗和电耗,保证系统的稳定运行。

归纳起来,笔者所论述的分解炉分级燃烧技术具有以下特点:可以形成稳定的还原区域,还原窑气中的NOx;分解炉的温度场均匀,不易产生燃料型NOx;分解炉的流场稳定均匀,垂直于分解炉中心线的横截面上气体速度均匀;改造后,三次风管的阀门可以全部打开运行,窑炉两个系列的烟气和空气重新平衡在新的状态,不但系统的平衡阻力降低,而且有利于发挥分解炉的重要作用;可以消除分解炉锥体部位容易出现结皮的现象;管道中的分料阀可以方便地调节各个位置的用煤量。这项技术已由本公司申请了名为“分级燃烧分解炉”的专利

总之,将多项技术综合应用后实现的“水泥熟料节能降氮烧成”技术,是稳定提高系统性能、大幅度降低氮氧化物、大幅度降低系统热耗的同时又提高了熟料产质量的最佳方案。


此文摘自中国散协水泥工程技术专委会 ,如有侵权,请联系我们

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