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活性石灰回转窑NOx的生成及治理分析

时间:2020-12-10 06:24

  2016年 6月 第41卷 第3期 耐 火 与 石 灰 25 活性 石灰 回转 窑 NOx的生成及治理分析 张 超 张金 旭 王 晨 (中冶焦耐(大连 )工程技术有限公 司,大连 116085) 摘 要 :分析了 NOx的生成机理和燃烧控制技术,通过分析对比脱硝技术,提出了石灰回转窑尾气脱硝的治理技 术方案。 关键 词 :回转窑;石灰煅烧;NOx;还原剂;脱硝技术 中图分 类号 :175.653.6 文 献标 识码 :A 文章编 号 :16737792(2016)03002502 NOx generation and control analysis of active lime rotary kiln Zhang Chao Zhang Jinxu W ang Chen (ACRE Coking& Engineering Consulting Corporation,MCC,Dalian 1 16085,China) Abstract: Analysis the generation mechanism of NOx and f ire control technology.By analysis and comparing the denitration technology,put forward the denitration control plan for rotary kiln exhaust. K ey words: Rotary kiln;Lime calcination;NOx;Reduction agent;Denitration technology 1 概 述 全世界每年 由于人类 活动 向大气 排放 的 NOx 约 8 300万 t。NOx对环境的损害作用极大 ,它既是 形成 酸 雨 的主要 物 质 之 一 ,也 是 形 成 大 气 中 光 化学 烟雾 的重要物质和消耗 0 的一个重要 因子。在高 温燃 烧 条件 下 ,NOx主要 以 NO的 形式 存 在 ,最 初排 放的 NOx中 NO约 占 95%。但 是,NO在大气 中极 易与 空气 中的氧 发生 反应 ,生 成 NO,,故 大气 中 NOx 普遍 以 NO,的形 式存 在 。 回转窑 在石 灰 行业 占据 相 当大 的 比重 ,据不 完 全统 计 ,国内有各 种规 格 型号 回转 窑 近千条 ,由于受 燃烧温度高 、高温段相对集 中等热工制度影响 ,回转 窑煅 烧 产生 的 NOx量 在 各 种 窑 型 中排 名 首 位 。水 泥行 业 已经 制 定 了相 应 的工 业 大 气 污 染 物 排 放 标 准 ,脱 硝 纳入 “十 二 五 ”环 保 规 划 总 量 控 制 指 标 ,这 将会推动脱硝处理市场 的兴起 。 目前 ,部分地 区的 环保局已经将 NOx排放纳 入了石灰企业 的尾气监 控系 统 ,对 NOx超标 企 业提 出警 告 ,并 限期整 改 。 下面以某 回转窑生产企业为例 ,探讨 NOx生成 收稿 日期 :201603一O1 作 者简介 :张 超 (1969一),男 ,高级工程师 机 理并 提 出相应 的解 决方 案 。 2 NOx生成机理及燃烧控 制 2.1 烟气 中 NOx生成机 理 在 石 灰煅 烧 过 程 中 ,NOx的产 生 主要 源 于 窑 炉 高温燃烧及燃料中的氦和原料 中的氮化合物。窑尾 气 中 NOx主要 成分 为 NO和 NO,,其 中 NO 占 90% 以上 ,在 所生 成 的 NOx中 ,热 力 型 NOx占据 主导 ,其 次 为燃料 型 NOx和 物料 型 NOx。 NOx的形 成 与烧 成温度 和 燃烧 时空 气过 剩 系数 有很 强 的相关 性 ,实 验 表 明燃 烧 温 度 从 1 550~C起 , 特别 在 1 750~C后 NOx的形 成几 乎是 直线 上 升 。 高温 下 氮与氧 的总反应 式 : 02+N2=2NO NO +0 :NO2 2.2 燃 烧过 程 NOx的控 制 根据 NOx的生成 机 理 ,针 对 NOx的控 制技 术 主 要分两类 ,一类对燃烧过程进行控制 ,降低 NOx的 生成 ,另一 类针 对 已经生 成 的 NOx采取脱 除措施 。 1)调整燃 料 和热工 制 度 26 REFRACT0RIES & LIME Jun.2016 V0I_4l NO.3 由于 NOx的形 成 与 烧 成 温 度 和燃 烧 时 空 气 过 剩 系 数 有 很 强 的 相 关 性 ,实 验 表 明 燃 烧 温 度 从 1 550℃起 ,特别 在 1 750℃后 几 乎是 直线 上 升 ,而 回 转窑的火焰温度峰值就在这个 区间。因此 ,要 降低 NOx的生成 ,就必 须 控制 好 火 焰 温 度 及 空 气 过 剩 系 数 。 对某 活性 石灰 生 产 企 业 进 行 调研 ,该 企 业 活性 石灰 回转窑现在采用热值较高 的焦炉煤气 ,煅烧过 程中由于需要控制合理 的煅烧温度 ,空气过剩系数 较高,空气配 比减少时又难免出现煅烧温度偏高 的 情 况 ,这两 点 因素 都 会 造 成 燃 烧 产 物 中 NOx的 偏 高 ,而 目前窑尾烟气 NOx超过 400mgm 也基本上 验 证 了这种 状 况 。 针对 这种 情况 并 结 合 企 业 燃 料平 衡 需 要 ,采 用 焦炉煤气和转炉煤气 的混合煤气作 为 回转窑 的燃 料 ,按照煅烧温度所需确定二者掺混 比例 。通过采 用适宜的低热值燃料 ,在保证 回转窑煅烧温度 的情 况下有效减小燃烧 时空气过剩系数 ,同时对助燃空 气供 应 系统进 行 改进 ,保 证 助燃 空 气 量 的准 确 性 和 稳 定性 ,调 整 回转 窑 的运 行 参 数 ,适 当 降低 煅 烧 温 度 。通 过这些 措 施有 效控 制 NOx的形成 。 2)使用 低 NOx烧 嘴 回转 窑使用 的多通道 烧 嘴 的结构 形式 及 各通 道 助燃风量的比例对 NOx的生成也起着一定的作用 。 因此 ,优化 烧嘴 结构 设计 ,通 过对 烧 嘴助燃 空 气风 道 结构 和 断面大 小 的调整 ,可 有效 避免 火焰 局部 高 温 , 降低 NOx的形 成机率 。 3 回转 窑烟气 中 NOx脱 除技术 石灰煅烧窑炉仅仅依靠燃 烧控制 NOx的生成 是 不够 的 ,还 应 对 已 经 生成 的 NOx采 取 脱 除 措 施 。 针 对 回转 窑烟气 中已生 成 NOx进 行 脱 除 的技 术 ,主 要 有 选 择 性 非 催 化 还 原 技 术 (即 SNCR技 术 )和选 择 性催 化 还原技 术 (即 SCR技 术 )。 3.1 SNCR 技 术 SNCR技术 是在 回转 窑 的适 当 位 置 喷人 含 有 氨 基的还原剂 ,使烟气中的 NOx被还原为 N:。含有氨 基的还原剂主要有氨气 、液氨 、氨水和尿素。对于不 同还原 剂 ,SNCR对 应 的温 度窗 口亦 有所 区别 。 由于尿素溶液具有一个 固体 的核 ,外层是被水 分子包 裹 ,在高温 下 ,水 分 子 先蒸 发 ,然 后 尿素 颗粒 再分解成氨基 ,氨基再 和烟气 中的氮氧化合物进行 反应 ,生成氮气和水。同时这个 固体核 的作用能够 保证 同样 液滴 大小 的情 况 下 ,尿 素 溶 液 的穿 透 力 会 大于 氨水 溶液 的穿透 力 。而氨 水溶 液则 是水 与 氨充 分混合 ,氨水溶液喷入炉膛 的一瞬间还 原反应就会 开始 。上述 对 比可 知 ,尿 素 溶 液 通 常对 炉膛 内能 量 损耗 略高于氨水 。当烟气温度较低 的时候 ,尿素所 需 要 的停 留时 间很 难 得 到 满 足 ,影 响 系 统 脱 硝效 率 及 增加 氨 逃 逸 。 以 NH 为 还 原 剂 的 最 佳 温 度 窗 口 在 760~950~C之 间 ,以尿 素 为还 原 剂 对 应 的 脱 硝 反 应最 佳温 度 窗 口为 950~1 040℃ ,较 之氨 水稍 高 。 SNCR脱 除 NOx效率 保证 的关 键是 还 原 剂喷 射 在合 适 的温度 区间 ,以及 还原 剂 与 烟气 中 的 NOx能 够混合充分 ,从而实现较高的脱硝效率 ,提高还原剂 利用率 ,降低还原剂耗量 和尾部氨逃逸。而针对 回 转窑,无论还原剂喷入分解炉还是烟室之后 的烟道 内 ,烟 气在 适合 脱 硝反 应 的温 度 窗 口 内停 留 时 间更 长 ,且 混合 效果 更 好 ,从 运 行 经 验 看 ,脱 硝 效 率 至少 可 以达 50% 。 3.2 SCR 技术 SCR技 术 为 含 有 氨基 的还 原 剂 ,在催 化 剂 的作 用下 于 320~420~C的温度 区 间 ,快速 、高 效地 将 回转 窑 内烟 气 中生成 的 NOx选择性 的还原 为 N,,SCR技 术脱硝效率较高 ,NOx去除率可达到 80%以上。 SCR技术在 回转窑上的应用实例并不多 ,这主 要 基 于 以下特 点 :(1)由 于 回转 窑 烟 气 的 含 尘 量较 高 ,易 造成 催化 剂 孔 隙 堵 塞 ,使 系 统 压 降迅 速 增 加 , 对 引风 机 正常 运行 产 生 严 重 威 胁 ,从 而 影 响 回转 窑 生产 线长 期稳 定运 行 ;(2)烟 气 中 的 CaO与 经 催 化 剂氧化而成的 SO 生成 CaSO ,覆盖在催化剂表面 , 降低其活性。一旦发生催化剂活性下降 ,氨逃逸迅 速上 升需 要 停 运 SCR 系 统 ,进 行 催 化 剂 的更 换 ,在 回转 窑推广 SCR脱硝技术仍 面临着较大 的技术风 险 。 3.3 石灰 回转 窑尾 气 的脱硝 对前 面提 到的某 活性 石 灰企 业 两条 活性 石 灰 回 转 窑烟气成份 进行 了测定 ,其 中 NOx的含 量为 400~ 500mgm~。回转窑尾气 的温度在 950℃左右,尾气 中粉尘颗粒物为 CaO,从烟气温度角度看应该说采 用 SNCR技术进行尾气脱硝是可行的。脱硝剂可 以 喷洒 在 回转 窑 出 口至 预热 器之 间 的 区域 。但 由于设 备结构问题 ,此区域喷洒脱硝剂后 所能进行还原反 应 的时 间有 限 。SNCR技术 脱硝 剂 与 NOx的反应 时 间 应在 2s以上 ,而 目前 石灰 回转窑 所 能选 定 的这 部 分脱硝区域所能提供 的反应时间只有 1 s左右,从 而 使脱硝效率大大降低 ,初步估算可 以降低 NOx的含 (下 转 第 30页 ) 30 REFRACT0RIES & LIME Jun.2Ol6 Vo1.41 NO.3 3.2 热 量损 失控 制 根据本单位麦尔兹窑制定符合 自身情况的控制 措施 。 (1)窑壁散热损失控制措施:在本单位麦尔兹窑 大修 ,窑膛耐材重新砌筑时 ,选用高效优质隔热材料; 在麦尔 兹窑 30~34m之 间窑壁 外侧敷设 保温材料 。 (2)窑 体废气 热损 失 控 制 措 施 :调 整 窑 膛 料位 增 加预 热带 高度 ,增 大入 窑石 料与废 气 热量交 换 ;调 整助燃风量 ,在保证焦炉煤气充分燃烧 ,煅烧效果 良 好的情况下降低风量 ;在保证 出灰灰温平均不高于 90~C情 况下 ,减少 风 量 ,减 少热 量损 失 。 (3)产 品石 灰 带 出的 热量 损 失 控 制 :调 整 石 灰 冷却 风系 数 ,将 平 均 灰 温 控 制 在 60~90% ,使 热 废 气与 出灰 热损 耗达 到最 优状 况 。 3.3 电能损 失控 制 (1)工艺 措施 :优 化原 料 与成 品输送 过程 ,减 少 输送 皮带 数量 与转 运 次数 ,降低 电耗 。 (2)生 产措施 :保 证生 产需 求 的前提 下 ,原料 系 统在用电高峰 ,停止上料 ,用 电低谷时满负荷运 行; 合理使用设备 ,杜绝风机 、皮带等大功率设备小负荷 或空载运行 ;停窑时除工艺要求必须运转 的冷却风 机 外 ,一律 手动停 车 ,杜绝 空 载运行 ,节 约用 电。 (3)窑体生产操作 :麦尔兹窑尽可能满产运行 , 凸显规模效益 ;产量调节时避免变频风机低转速运 行 ;窑体给料设备运转要 与工艺要求及实际生产情 况 相 符 ,避 免无 负荷 运行 。 (4)设备的维护与改造 :加强窑体设备维护,保 证设备工况 良好 ;在满足工艺与生产要求的前提下 , 对 窑体设 备进 行改 造 、革新 ,降低 电耗 。 3.4 工艺参 数控 制 根 据 自身 的生产 情况 制定 了适 合本 厂 的工艺 参 数控制要求 ,在生产过程中不断修正,取得了良好的 节能效果 。表 6列 出了本厂的工艺参数控制要求。 c s 每 c (上接第 26页) 量在 30%左右 ,距离 SNCR技术脱硝最高 50%左右 效 率 相去甚 远 。 由此 可 以 看 出 ,活 性 石 灰 回转 窑 烟 气脱硝剂喷洒区域的选择还需做进一步的工作。 4 结语 根据 以上 分析 ,如何 解 决 活 性 石 灰 回转 窑 烟气 中 NOx过 高 的 问 题 ,建 议 首 先 应 该 通 过 对 燃 料 选 表 6 工 艺参 数 控 制要 求 4 节能效果 由表 7可 以看 出 ,近 5年 自实 行 原 料 、燃 料 、电 耗 、工 艺参 数 等控制 措施 以来 ,我 厂冶 金 活性石 灰 能 耗逐 年下 降 ,经 济效 果显 著 。 表 7 冶 金 活 性 石 灰 年 能 耗 及 经 济效 益情 况 (各数据均为年度平均值) 5 结 论 冶金石灰是炼钢工序 中的重要辅料 ,其能耗水 平 高低 对炼 钢 产 品成 本 及钢 材市 场竞 争力 有 重要 影 响 。在保 证 活性石 灰 质 量 的前 提下 ,如 何 降 低 麦 尔 兹 窑能耗 是一 个重 要 的课题 。本 单位 在 长期 生产 实 践 中发现 窑体 热 量 消耗 、原料 石 灰 石 品质 、电耗 、窑 体工艺参数等因素是影响能耗的主要原因。通过对 主 要能耗 影 响 因素分 析 研 究 ,制 定 出控 制 要 求 与 控 制措施 ,并根据实际生产情况及时调整 ,使得窑体能 耗逐年降低 ,节约了活性石灰的生产费用 ,经济效果 显 著提 高 。 王 晓 阳 编 辑 勘 % c 匈 每 每 择 、燃 烧 系统 的 改进 来 实 现 ;其 次 ,虽 然 SNCR 技 术 投资 及运 行费 用较 高 ,且脱 硝喷 洒 区域受 到 限制 ,但 是对 带竖 式预 热器 的活 性石 灰 回转 窑脱 硝剂 喷洒 区 域反应时间不够的问题做进一步 的工作 ,是可 以找 出解 决 办法 的 。 王 晓 阳 编 辑

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