模拟分解炉中煤焦燃烧生成NO的特性

对国内水泥行业中几种煤焦在模拟的分解炉中NO生成特性进行了研究,考察了煤种、温度、生料对焦炭氮的释放特性的影响,探讨了焦炭氮在工业分解炉中的释放机理.研究结果表明,不同煤种的NO生成特性有较大的不同;温度对NO的生成特性也有明显的影响,基本随温度的升高而加大,但有时也有下降现象;生料的加入大大加速了NO的生成速率和转化率,表明生料对NO生成有显著的催化作用.工业分解炉中产生的NO主要来源于燃料NO,焦炭氮转化为NO的概率主要有两个互相竞争的反应决定：包括N的氧化反应和NO的还原反应.     

分解炉空气分级燃烧及NOx排放特性研究

随着我国经济的飞速发展,作为重要基础材料的水泥产品需求量极大且趋于稳定。水泥生产过程中的NOx排放与燃煤火电厂和汽车尾气产生的NOx排放已成为空气污染的主要来源,而分解炉是降低水泥生产工艺中NOx排放的有效设备。笔者在引入高温烟气的模拟分解炉内进行空气分级燃烧试验,研究配风位置、配风比例以及石灰石/煤比例对分解炉内燃烧和NOx排放特性的影响规律。试验稳定过程中,高温烟气发生装置的给煤量和配风量保持不变。此时,高温烟气发生装置的时间平均温度为911℃,其产生的高温烟气温度稳定在750℃左右,高温烟气中NOx主要以NO和N2O的形式存在,其浓度分别为261.49×10^-6和12.96×10^-6。该股高温烟气将模拟实际回转窑产生的烟气进入分解炉内。在分解炉的上部区域(距离顶部0~2 000 mm区域)的温度为800~1 000℃,与实际分解炉运行温度一致,排放烟气中NOx主要以NO和N2O形式存在。随着中间配风位置的下移,煤粉燃烧放热区域下移,而顶部区域的石灰石吸热量变化较小,则原有热量平衡被打破且原有吸热量高于现有放热量,导致顶部区域内燃烧温度降低。此时,还原气氛中煤粉燃烧和石灰石分解反应时间均变长,导致NOx的还原反应更加充分。但石灰石分解产生的氧化钙(CaO)作为中间产物会促进NO的生成反应,其反应时间增加也促进了NO的生成;另一方面,石灰石作为催化剂参与焦炭和挥发分还原NO的反应过程,分解炉顶部区域的温度下降使得该还原反应变弱。综上,NO的最终排放浓度是以上反应的综合结果。随着配风位置的下移,该变化对NO的生成作用更加明显,故NO的排放浓度逐渐升高。当一级风量与二级风量的配风比例降低时,分解炉上部区域的煤粉燃烧份额减少和石灰石分解量降低,而分解炉下部区域的煤粉燃烧份额增加和未分解的石灰石份额增加,但石灰石的吸热增加量高于燃烧增加份额的放热量,因此分解炉内整体温度均降低。分解炉内NO浓度是由石灰石催化的氧化过程和还原过程综合决定的。一级风量变小时,尾部CO浓度随之增加,烟气中NO浓度呈现降低的趋势。当石灰石/煤比例增加时,分解炉内沿程温度逐渐下降。随着石灰石给粉量增加,分解炉内石灰石受热分解产生的CaO浓度增加,CaO催化NO还原反应更剧烈,从而NO浓度逐渐降低。而石灰石给粉量增加和分解炉温度降低的过程导致尾部的CO浓度升高。     

分解炉内CO_2含量对燃煤NO释放特性的影响

在模拟分解炉悬浮及喷腾状态的试验台架上,分别考察了不同温度及掺混生料的情况下,CO2含量对典型煤种在水泥分解炉条件下燃烧释放NO的影响规律。结果表明:在研究的温度范围(850～950℃)内,温度升高会促进燃料氮向NO的转化,而气氛中CO2含量升高时,温度对NO转化的促进作用减弱;水泥生料对煤粉燃烧NO的生成具有很强的催化作用,CO2通过抑制水泥生料中CaCO3的分解抑制了其对NO的生料的催化作用。     

分解炉梯度燃烧自脱硝技术的研究与工程应用

探讨了水泥窑炉燃烧过程中NOx的生成机理的生成机理,介绍了第二代分解炉梯度燃烧自脱硝的技术及实验室竖式电炉模拟分解炉内气体反应的试验技术及实验室竖式电炉模拟分解炉内气体反应的试验,研究了不同炉膛温度、停留时间、还原剂浓度下CO与NO的反应历程的反应历程。在湖北某水泥生产线技改项目中的工程应用表明,梯度燃烧自脱硝分解炉可实现脱硝效率6060%,出分解炉烟气NOx浓度400400mg/m3(标),月平均氨水用量下降6060%以上以上,每年可节约氨水使用成本200万元以上万元以上。     

分解炉喷煤管方位对NO生成量影响的数值模拟

通过应用CFD对四种不同喷煤管方位的分解炉进行数值模拟,分析不同喷煤管方位分解炉的气相流场和气固相流场及炉内燃料燃烧强度得出NO的生成与消耗规律。即分解炉中喷煤管方位的变化通过影响局部流场影响燃料燃烧强度,进而影响NO的生成量,总结出喷煤管方位与YZ面夹角为34°时既有良好的燃料燃烧强度又有较低的NO浓度,夹角为17°时有较高的燃料燃烧强度和较高的NO浓度。该数值模拟研究结果为分解炉设计及改造提供了参考。     

水泥预分解系统碱氯硫循环与富集的过程模拟

水泥窑协同处置生活垃圾时产生的碱、氯、硫等挥发性组分会对水泥窑正常运转产生不利影响,甚至会加剧分解炉和预热器的结皮堵塞.研究了水泥窑协同处置生活垃圾时碱、氯、硫等挥发性组分在预分解系统中的分布规律.通过过程模拟软件Aspen Plus,分别对热盘炉、分解炉和预热器进行过程模拟.模拟结果与现场取样进行化学分析实验得出的结果进行对比分析.结果表明:垃圾焚烧产生的碱、氯、硫随烟气和灰渣一同进入分解炉和预热器,预分解系统中挥发性组分整体较高.C5预热器至C1预热器挥发性组分不断降低,碱和氯主要富集在C4预热器和C5预热器处,硫则主要富集在C5预热器附近,并验证了将Aspen Plus应用于水泥预分解系统中具有很大的实用价值和实际意义.     

降低NOx和SO2

水泥窑NOx来自两个方面,在窑内高温煅烧状况下,N2和O2反应生成NOx,而在分解炉内,含氮燃料在1000～1100℃时氧化,生成NOx. 为减少NOx排放,可降低熟料煅烧温度,采用一次、二次减排措施,三者结合会取得较好效果. 降低熟料煅烧温度,相应减少NOx的生成量.主要有: (1)改善熟料煅烧程序. (2)优化生料、熟料化学成分. (3)安装窑自动化控制系统. (4)调节入窑物料的化学和物理性能以改善生料的易烧性. 一次措施一般少量或不增加费用,所增加的费用取决于工艺措施的状况. 要减少NOx,一次措施是在分解炉内设置还原带,燃料在此燃烧,相应减少NOx生成.其具体措施是分解炉上二级预热器物料分料进入分解炉.     

数值模拟研究喷煤比例对NST型分解炉氮氧化物的影响

NST分解炉是目前应用最广泛的分解炉之一,分解炉的三次风管偏心斜切入分解炉锥部,两个燃烧器位于三次风管的左右两侧,三次风单向入炉的方式使得两个燃烧器处于不同的O2浓度中。分解炉中燃料型的NOx占90%以上,O2浓度是影响燃料型NOx生成及分布的主要因素。根据该分解炉的结构特点和燃料型NOx的形成机理,本文应用CFD软件,通过改变两个燃烧器的用煤量进行数值模拟,分析了不同分煤比例对NST分解炉NOx的形成及分布影响。模拟结果为该类分解炉降低NOx的操作方式和改造方向提供了理论基础。     

5 000 t/d线DD型分解炉燃料燃烧组份 浓度场的数值模拟

分解炉是水泥窑外预分解技术的核心设备之一,承担着煤粉燃烧、碳酸盐分解等多种复杂的化学反应。本文对国内某厂5000t/d水泥熟料生产线的DD型分解炉内煤粉的燃烧进行了数值模拟,得到了分解炉内煤粉燃烧过程中挥发分、O_2、CO和CO_2的质量浓度变化规律。模拟发现本分解炉配风比例合理,没有出现过氧燃烧或缺氧燃烧,煤粉燃烧产物浓度分布符合燃烧规律,煤粉燃烧平稳有序进行,符合煤粉燃烧反应机理。     

脱硝分解炉的设计及实际应用

对水泥烧成系统的氮氧化物形成机理进行了分析,形成了脱硝分解炉的设计思路.脱硝分解炉的设计思路为,通过提高三次风管高度,降低分解炉喂煤点位置,在中间形成一个缺氧区域,在分解炉下部创建脱硝还原区,最终将回转窑内生成的氮氧化物全部还原.实际改造项目显示,脱硝分解炉结合SNCR系统,可将系统氮氧化物排放浓度控制在50mg/Nm...     

煤焦燃烧生成NO的特性研究

对小屯煤焦中氮的存在形态进行了X射线光电子能谱(XPS)分析。并对小屯煤焦在模拟分解炉中NO释放特性进行了实验研究,考察了气氛、温度、生料对焦炭氮释放特性的影响。研究结果表明:小屯煤焦中氮主要以吡咯五元环形式存在;氧气体积分数对NO的生成速率有明显影响;在无生料催化下,生成量基本随温度的升高而加大,但是,当生料存在时,生成量随温度的升高而减少;生料的加入大大加速了NO的生成速率和生成量,表明生料对NO生成有显著的催化作用。焦炭氮转化为NO的几率主要由2个互相竞争的反应决定:包括N的氧化反应和NO的还原反应。     

Quantification of emissions from the co-incineration of cutting oil emulsions in cement plants – Part I: NOx,CO and VOC

The paper provides an overall assessment of the environmental effects of co-incineration of cutting oil emulsions in cement plants through the quantification of emissions of key pollutants, namely NO_x, CO and VOC. Two realistic scenarios are considered. In the first, the cutting oil emulsion is injected directly into the rotary kiln while the second scenario involves injection of the cutting oil emulsion in the tertiary air stream and thus directly into the precalciner. A detailed kinetic PSR modelling study is performed for combustion conditions relevant both to cement kiln and precalciner operating conditions. It is demonstrated that, although NO_x emissions from the precalciner are generally substantially lower than those from the cement kiln, emulsion injection in the latter appears to be favourable and can lead up to 50% reductions in NO levels. However, injection of cutting oil emulsion with relatively high nitrogen content in the precalciner may lead, under lean conditions, to increases in the emitted NO levels. The effect of cutting oil emulsion on CO and VOC emissions both under cement kiln and precalciner conditions is also quantified.     

平衡分解率模拟分解炉工艺特性

应用高温、悬浮态气固反应试验台测得的碳酸钙平衡分解率，建立了分解炉的数学模型，并针对某水泥厂的物料及工艺参数进行了分解炉工艺特性模拟实验，提出了用平衡因子评价实际分解炉状态的概念，其模拟结果与实际情况有很好的可比性。这种模型可用于各种类型分解炉的工艺特性研究、工业设计和生产控制。     

旋喷结合分解炉的数值模拟

The new type swirl-spray precalciner used in cement plant is a large-scale and complex reactor in chemical engineering. In this work a full three-dimensional numerical simulation is carried out for swirlspray precalciner, and at the same time a new method for particle trajectory in rectangular-structural grid is presented. The results of simulation disclose and predict the physicochemical process of precalciner and the numerical simulation results agree well with the experimental results.     

含氨燃料预混火焰的层流火焰速度及NO排放特性

将甲烷或氢气与氨气共燃可以克服NH₃火焰的点火能量高、燃烧速度慢的缺点。为了解NH₃作为燃料的燃烧特性,对含NH₃燃料进行一维层流预混火焰数值模拟,研究其层流火焰速度及NO排放特性。采用文献中5个简化反应机理进行数值计算,发现Okafor机理模拟NH₃/CH₄/air火焰精度更高;Xiao机理模拟NH₃/H₂/air、NH₃/air精度适中,计算时间较短。此外,开展了当量比、燃料混合物组分比例、压力等参数对含NH₃燃料燃烧时烟气中NO浓度影响的研究。研究发现：含NH₃燃料燃烧时NO主要通过OH、H、O自由基和O₂分子的消耗而生成,主要通过与NH_i（i=0, 1, 2）自由基反应消耗;含NH₃燃料在富燃状态下燃烧可有效减少NO排放,但富燃燃烧效率低,可采用富燃-贫燃分级燃烧技术来提高燃烧效率,同时保持NO的低排放;掺有较多NH₃的含NH₃燃料在中高压下燃烧时可有效减少NO排放。     

Numerical Simulation of Pollutant Formation in Precalciner

For cement plants, great attention is being paid to the emission of the pollutant gases, especially NO, CO and CO₂. Precalciner is an important equipment in a cement plant in that it can reduce not only the heat loading of rotary kiln but also the NO emission because of its relative low operating temperature. In this paper, the mechanisms for the formation of NO and CO are analyzed and a numerical simulation technique is applied to model the coal combustion, raw material decomposition and concentration distribution of the pollutant gases in a full scale DD‐PRC (dual combustion and denitrator process precalciner). The predicted results agree well with the measured data.     

两种带涡流室分解炉内气相流场的模拟对比研究

针对两种带涡流室的同种类型不同炉膛尺寸不同生产效率的分解炉建立模型,运用流体力学软件,采用Euler坐标系下的Realizable k-ε模型对分解炉内的气相流场进行了模拟与对比分析。结果表明,两种分解炉内气流场规律一致,气流进入炉膛后沿分解炉壁面螺旋上升,在分解炉中心区域则形成了低速区;但是,炉膛直径小的分解炉内的气流平均停留时间稍短,约为6.70 s,而炉膛直径大的分解炉气流平均停留时间则更长,约为9.45 s,表明其旋流程度更强,更有利于延长物料在炉内的停留时间。     

ILC型预分解炉内气固两相运动规律的研究

较详尽地研究了丹麦Smidth公司ILC型分解炉的气体三维流场、物料浓度分布及停留时问分布和分解炉阻力特性。探讨了炉中气流及物料的运动规律。研究表明,该分解炉虽结构简单、布置方便、阻力损失低,但炉内气流的运动不合理,致使物料及煤粉停留时间短,燃烧及反应环境欠佳,容积效率低,对低劣质燃料适应性较差。     

高硫煤用于预分解窑煅烧的若干问题探讨

回顾了高硫煤用于水泥预分解窑煅烧燃料的技术难点和已经开展的研究工作,分析了硫挥发的原理和减轻硫挥发的方法,介绍了减少结皮堵塞的几个设计特点。论述了水泥厂高硫煤应用中的热点问题,包括过剩空气系数与局部还原气氛、燃烧器的结构与火焰调节、游离CaO的出现、高硫煤对烧成过程中液相的影响等多个方面。