低氮燃烧技术在煤粉锅炉系统的应用性研究

煤粉燃烧过程中生成的NOx主要是燃料型NOx,约占总量75%~80%,其余为热力型NOx和快速型NOx。煤粉低氮燃烧技术的核心是控制燃料型NOx的生成。通过对煤粉锅炉按照“先炉内、后炉外”的总体技术路线,采用炉内De-NOx低氮燃烧技术结合SNCR喷氨技术,将低氮燃烧技术应用于煤粉锅炉,将烟气氮氧化物有效控制在200mg/Nm^3以内。大大减少氨水、液氧等脱硝剂的投入量,既降低了运行成本又有效缓解了脱硝剂对设备及烟道的腐蚀,使烟气NOx排放浓度符合我国《火电厂大气污染物排放标准》。     

低氮燃烧的出发点是水泥窑炉还原气氛的控制

从NOx的形成机理和氨水脱硝技术的利弊出发,明确提出了水泥窑系统无论是分级燃烧还是再燃脱硝所代表的低氮燃烧,实质都是水泥窑炉还原气氛的控制。本文结合目前我国水泥预分解窑炉中基本结构的优势和不足,提出水泥回转窑和分解炉通过合理规划和设计燃烧空间,控制水泥窑炉特定区域的氧化或还原气氛,通过优化低氮燃烧,大幅度降低烟气中NOx的含量,从而减少直至不使用氨水,实现烟气NOx的达标排放。     

58 MW煤粉工业锅炉空气分级燃烧试验研究

加快推进燃煤工业锅炉环保改造,有效降低煤粉工业锅炉大气污染物排放量,特别是降低NOx排放迫在眉睫。空气分级燃烧技术是一种减排效果显著,改造成本较低的低氮燃烧技术,已在电站锅炉得到成功应用。为考察空气分级燃烧技术在煤粉工业锅炉上应用效果,以煤科院某58 MW煤粉工业锅炉空气分级改造项目为研究对象,通过在侧墙上布置6个火上风喷口,实现空气分级燃烧。通过工程试验,采用特制水冷取样枪以及耐高温烟气分析仪,测量了该锅炉原工况(不采用火上风)与分级燃烧(采用火上风)工况下,炉内3个不同截面(每个截面10个取样点)以及双锥燃烧器内6个测点处烟气温度及烟气组分。结果表明,分级燃烧工况下,双锥燃烧器内在x=0.3 m测点后形成了高温、强还原性气氛,有效抑制了燃烧初始阶段NOx的生成。这是因为分级工况下双锥燃烧器内氧气被迅速消耗,焦炭燃烧反应速率显著下降,焦炭气化反应明显增强,故形成了较强的还原性,有效遏制了NOx的生成。炉内不同截面烟气温度及组成变化规律表明,原工况烟气温度分布整体呈现燃烧器射流中心高、外侧低的趋势,氧含量分布与温度分布趋势相反,而分级工况受双锥燃烧强还原性高速火焰以及火上风喷射的影响,截面温度波动较大,中间截面呈现燃烧器射流中心偏低的现象。分级工况在炉内形成明显的还原区,且表现为燃烧器射流中心CO浓度高、外侧低的现象,有效降低了炉内NOx生成。58 MW煤粉工业锅炉火上风空气分级低氮改造,在双锥燃烧器及炉内创造了合理的贫氧还原区,具有良好的低氮效果。     

水泥工业氮氧化物减排的途径

0 引言 NOx的减排实现途径可从燃料生命周期的3个阶段入手,即燃烧前、燃烧中和燃烧后[1-3].当前,燃烧前脱氮的研究很少,几乎所有的研究成果都集中在燃烧中和燃烧后的NOx的控制.国际上把燃烧中NOx的所有控制措施统称为一次措施,把燃烧后的NOx控制措施统称为二次措施,又称为烟气脱氮技术.目前,燃烧中NOx控制技术主要是指低氮燃烧技术,该技术是根据燃料在燃烧过程中NOx的生成机理,通过改进燃烧技术来降低NOx的生成和排放,大致可分为两类,即低氮燃烧器和分级燃烧技术(包括空气分级燃烧技术和燃料分级燃烧技术).     

全过程低氮燃烧技术在水泥厂的应用

分级燃烧技术和再燃脱硝技术在操作过程中除了分风、分煤等的硬件设施外,还需要围绕烧成主线的全系统精细化操作,粗放的操作模式不能有效降低氮氧化物的排放。由于现有的技术还不能实现低成本、有效地NOx的减排,因此,有必要进行观念的更新、技术的整合和参数的优化,提高低氮燃烧的效率,实现水泥窑炉的低氮排放。针对当前低氮燃烧技术的应用现状,我公司开发了全过程低氮燃烧技术,该技术是在分级燃烧技术的基础上进一步研发的降低系统NOx排放量的技术,将窑炉全系统的预热器、分解炉、回转窑、喷煤管、三次风管和煤粉及生料喂料作为一个有机的整体纳入系统控制,从抑制NOx的生成和还原已生成的NOx两方面入手,对燃料品质、燃料制备质量、燃料与助燃空气的合理分布,燃烧器的旋转动量与轴向动量等影响因素进行科学合理地调控,实现对窑炉温度场和气氛场的系统控制,实现窑炉全过程 NOx的形成控制及还原分解。     

水泥窑烟气脱硝烧成系统的改造

介绍了水泥窑烟气脱硝窑头和窑尾烧成系统改造的技术原理和改造方案,探讨采用窑头低氮煤粉燃烧技术可实现降低回转窑内热力型NOx产生量,采用窑尾分解炉还原燃烧控制技术可实现将回转窑内产生的热力型NOx还原,大大降低了整个系统NOx产生量。实践表明,窑头低氮煤粉燃烧技术和分解炉高强还原燃烧控制技术可实现脱硝效率60%以上,大大减少NOx排放总量,降低了氨水用量和脱硝成本。     

水泥窑烟气脱硝烧成系统的改造

介绍了水泥窑烟气脱硝窑头和窑尾烧成系统改造的技术原理和改造方案,探讨采用窑头低氮煤粉燃烧技术可实现降低回转窑内热力型NOx产生量,采用窑尾分解炉还原燃烧控制技术可实现将回转窑内产生的热力型NOx还原,大大降低了整个系统NOx产生量。实践表明,窑头低氮煤粉燃烧技术和分解炉高强还原燃烧控制技术可实现脱硝效率60%以上,大大减少NOx排放总量,降低了氨水用量和脱硝成本。     

熟料烧成系统分级燃烧技术的应用设计和操作

分解炉分级燃烧技术,是降低氮氧化物生成量、不会增加熟料制造成本的实用可靠的技术。合理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。     

燃煤过程NOx抑制与脱除技术的现状与进展

根据NOx产生的机理和特点,燃煤过程NOx抑制与脱除技术主要包括无氮燃烧技术、低NOx燃烧技术以及烟气脱硝三类. 本工作综合分析了常见的脱硝技术的特点与发展现状,并介绍了近年来国内外发展的脱硝新工艺和新技术. 无氮燃烧技术和烟气脱硝技术成本较高,现有的低NOx燃烧技术脱硝率较低,需要开发燃烧过程中抑制NOx生成的新技术以适合我国当前的形势. 利用煤燃烧的解耦耦合原理,提出了在钢铁生产烧结过程中抑制NOx生成的新方法.     

低氮分级燃烧技术在CDC预分解系统的应用

对分解炉进行燃料分级燃烧改造,将燃料分级加入,在分解炉锥部形成还原区,还原窑内产生的热力型NOx,并抑制燃料型NOx的产生,同时配合操作优化调整,控制窑内燃烧气氛,减少窑头煤粉燃烧空气过剩系数,降低窑尾烟气氧含量,从而降低并稳定NOx的排放量.     

中国水泥工业烧成系统技术升级路线图之NOx生成因素分析

预分解窑内NOx生成量与燃料中氮的含量关系极大,往往起主导作用,热力型的氮可能只占小部分;O_2浓度的高低是NOx形成量多少的决定性因素,温度高低、高温区停留时间是次要因素;分解炉中NOx的量同样取决于燃烧环境的O_2浓度;生料对CO还原NO反应起催化剂的作用;各种形式的分解炉,断面都存在气体、物料、煤不均匀的状态,局部均可能出现NOx很高的区域和温度高的区域;分解炉的脱硝,要根据具体情况采用空气分级、燃料分级、流场控制等措施解决。分解炉各点氨水喷入量取决于炉内NOx高低。     

低NOx燃气燃烧技术研究进展

气体燃料具有易于点火、燃烧迅速、燃烧完全等特点,且氮、硫、灰分低,因此燃烧后产生的污染物相对较少,属于较清洁的燃料,且国家燃气补贴政策的实施,使气体燃料燃烧近年来有很好的发展前景。但随着国家对大气污染物的控制更加严格,控制气体燃料燃烧过程中NOx的生成至关重要。笔者介绍了不同种类NOx的产生机理及影响因素,并基于NOx的产生机理提出控制措施,分析目前应用较广泛的燃气燃烧技术的低氮原理及应用现状,最后提出燃气燃烧器应用的展望。燃气燃烧过程中主要以热力型NOx及快速型NOx为主,温度和过量空气系数是影响NOx生成的主要影响因素。燃烧温度高于1 500℃时,热力型NOx呈指数型增长,温度是影响NOx生成的最重要因素。根据NOx产生机理,低NOx燃烧技术的实质是降低最高燃烧温度,控制燃烧区燃料浓度以及氧浓度,缩短烟气在高温区的停留时间,破坏NOx生成的最佳条件,最终抑制NOx的生成。低NOx燃烧技术一定程度降低了NOx的生成,但又会破坏整个燃烧进程,对燃烧和放热过程造成不利影响,降低了燃烧效率和传热效率,因此如何解决这些矛盾是亟需解决的问题。在实际应用中,应根据需求选择合适的燃烧技术,同时可将不同燃烧技术相结合起到稳燃、低氮的效果。应用较广泛的燃气燃烧技术主要是阶段型燃烧技术、烟气再循环燃烧技术、无焰燃烧技术等,其中催化燃烧技术发展前景较好,目前已应用于多个领域,其催化剂的热稳定性和寿命问题是限制其工业上广泛应用的核心问题。     

浅论水泥窑烟气降氮脱硝技术

结合预分解窑水泥熟料生产线的工艺特点和NOx的排放现状以及《水泥企业污染物排放标准》要求,水泥企业要么从煅烧工艺出发减少NOx的产生或还原NOx,要么外设装置还原NOx。老线改造的脱硝方案为分级燃烧+SNCR法或者ERD高效再燃脱硝技术,此两种方法脱硝效率应该不低于70%。从理论上讲,新建生产线选用任何方案都是可行的,可以采用先进的设计工艺(如采用两级分解预烧工艺和高固气比悬浮预热分解技术)、先进的脱硝设备(如采用低氮燃烧器和采用低氮分解炉)以及多种脱硝方法(如采用分级燃烧、RTO-SCR法、SNCR+OA法和SNCR+SCR法等)等相结合,使氮氧化物达标排放。     

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。     

浅谈先进烧成系统的技术特征和性能

热耗、熟料质量和易磨性、电耗、排放烟气中NO_x、SO_2等有害成分等指标是衡量预分解窑系统先进与否的指标。实际生产中这些指标均达到较高的水平不容易做到。实践证明,采用分解炉再循环技术、分解炉分级燃烧技术、低氮燃烧器、篦冷机纵向控制流固定床技术,配套采用一些辅助技术,即"水泥熟料节能低氮烧成技术"的烧成系统,是达到全面先进的途径之一。     

水泥企业脱硝减排SNCR工艺

SNCR比较经济的脱硝效率是在55%以下,如控制SNCR脱硝效率达到60%甚至更高的脱硝效率,SNCR运行投入成本会大幅度增加,因此水泥企业烟气脱硝片面追求SNCR脱硝效率只会大幅增加脱硝成本和二次污染,选择基本措施(采用优化窑和分解炉的燃烧制度、空气分级燃烧、燃料分级燃烧和低氮燃烧器等方法降低煤粉燃烧过程中NOx的生成量)+选择性非催化还原技术才能保证在NOx的排放浓度减少最经济。源头消减才能更经济更好地满足《水泥工业大气污染物排放标准》(GB4915-2013)规定的大气污染物特别排放限值要求。     

高效煤粉工业锅炉低氮控制技术

借鉴国内外主流低氮减排技术,通过对原有技术优化升级,开发出新一代煤粉锅炉NOx联合控制技术,进一步发掘了煤粉燃烧器的低氮潜力,并将煤气化空气无级分级低氮燃烧与烟气再循环技术进行耦合。经工业试验验证,应用后锅炉尾气NOx排放可达200 mg/m3以下,结合SNCR烟气脱硝技术,NOx排放可降到100 mg/m3以下。通过以上低氮措施,煤粉锅炉系统NOx控制水平得到提升,满足并优于国家最新环保标准。     

裂解炉NOx抑制技术

概述了NOx的生成机理及影响因素,介绍了当前裂解炉在燃料燃烧前后及过程中的NOx抑制技术,如燃料预处理、烟气脱硝、降低火焰温度、燃烧分级、烟气再循环等。通过经济合理地运用这些技术,可满足裂解炉的工艺和环保要求。     

水泥窑烟气脱硝系统的实践

介绍了水泥窑头和窑尾烧成系统烟气脱硝的技术原理和方案。在窑头采用了一次风量<6%的低氮煤粉燃烧控制技术,在窑尾分解炉采用高强还原燃烧控制技术,以降低回转窑内热力型NOx生成量。在3000t/d水泥熟料生产线带规格φ6.1m×31mTDF分解炉实际使用显示,采用该技术方案可实现脱硝效率60%以上,降低了氨水用量和脱硝成本。     

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。