·2·肖圣旭·浅议低氮燃烧技.doc

浅议低氮燃烧技术水泥窑炉系统NOx形成机理大致介绍现有低氮燃烧技术大致介绍低氮燃烧技术的效果改变燃料物化性能提高生料易烧性 6、新型干法水泥应对脱硝的相应措施1、水泥窑炉系统NOx形成机理大致介绍A/NOx的生成机理窑炉内产生的NOx主要有三种形式，高温下N?与2反应生成的热 力型NOx、燃料中的固定氮生成的燃料型NOx、低温火焰下由于含 碳自由基的存在生成的瞬时型NOx.1.2热力型NOx：由于是燃烧反应的高温使得空气中的N2与O2直接 反应而产生的，以煤为主要燃料的系统中，热力型NOx为辅＞…般燃烧过程中N2的含量变化不大，根据泽里多维奇机理，影响 热力型NOX生成量的主要因素有温度、氧含量、和反应时间＞热力型NOX产生过程是强的吸热反应，温度成为热力型NOx生 成最显著影响因素研究显示，温度在1500K以下时，NO生成 速度很小，几乎不生成热力型NO, 1800K以下时，NO生成量极 少，大于1800K时，NO生成速度每100K约增加6-7倍＞温度在1500K以上时，NO?会快速分解为NO,在小于1500K时,NO将转变为NO?,—般废气中N02占N0x的5-10%,排入大气中NO最终生成NO2,所以在计算环境影响量时，还是以NO?来计算。

可以说，窑炉内的温度及燃烧火焰的最高温度是影响热力型NOx生成量的一个重要指标，也最终决定了热力型NOx的最大生成 量因此，在窑炉设计中，尽量降低窑炉内的温度并减少可能产生的 高温区域，特别是流场变化等原因而产生的局部高温区燃烧器设计 中，要具备相对均匀的燃烧区域来保证燃料的燃烧，降低火焰的最高 温度这些都是有效降低热力型NOx的有效办法＞热力型NOx生成量与氧浓度的平方根成正比，氧含量也是影响热力型NOx生成量的重要指标2浓度增加和空气预热温度的增加，NOx生成量上升，但会有一个最大值2浓度过高时，过量氧对火焰有冷却作用利用空气时，2含量增加，过剩空气系数增加，并带入更多吸热的卬，降低火焰温度NOx生成量因温度降低反而有所降低＞反应时间也是一个重要指标，热力型NOx生成是个缓慢过程，在高温区域，反应时间与NOx生成量呈线性关系窑炉设计中，尽可能地减少燃料和介质在高温区域特别是高氧含量高温区域的停时间，可有效降低热力型NOx的生成在窑炉已成型时，在高温区域形成局部低氧或缺氧环境，在低温区域增氧，在保证燃烧充分条件下，也可有效降低热力型NOx的生成1.3燃料型NOx：由燃料中N反应而生成,以煤为主要燃料的系统中, 燃料型NOx约占60%以上。

＞燃料型NOx主要在燃料燃烧初始阶段形成，主要是含氮有机化合 物热解产生的中间产物N、CN、HCN等氧化生成NOx燃料型 NOx较热力型更易于生成煤的氮含量约0.5-2.5%o＞当煤热解脱去挥发份时，煤挥发份中的N,其一部分以胺类（RNH、 NH3）、和氤类（RCN、HCN）等形式随挥发份析出，挥发份中N占煤中N的比例随煤种和热解温度不同而不同，其最主要的化合 物是HCN和NH3o在1800K高温下，一般地煤挥发份N转为NO的比例约10%o ＞ HCN遇氧后生成NCO,继续氧化则生成NOo如被还原则生成NH,最终生成N2已经生成的NO,在还原气氛下也可被NH还 原为N2o NH3在氧化气氛中会被依次氧化成NH2、NH,甚至被直接氧化成NO在还原气氛中，NH3也可以将NO还原成N2NH3可以是NO的生成源，也可以是NO的还原剂可见，挥发份N燃烧时，在氧化气氛特别是在强氧化气氛下,其倾向于向NO转化，在强还原气氛下，其倾向于向卬转化在实际生产中，燃烧过程大多数是在氧化气氛中进行的，由于反应和燃烧流场的复杂性，挥发份N不可能全部转化为NO,即使在强 还原气氛中，也不可能全部转化为N2,取决于反应温度、氧含量、 反应时间以及煤的特性。

＞焦碳N在燃烧时也可能生成NOx，一般占燃料型NOx的2 有认为焦碳N可直接在焦碳表面生成NOx或者和挥发份N 一样, 以HCN和CN途径生成NOo研究表明，焦碳N转变为NOX是 在火焰尾部焦碳燃烧区生成的，这一部位的氧含量比主燃烧区低, 而且焦碳颗粒因温度较高发生熔结，使孔隙闭合，反应比表面积减少，相对挥发份N来说生成NOx量少些即使在较强氧化气氛 下，也会存在焦碳颗粒周围形成局部还原区域，同时碳和煤灰中的CaO催化还原NOx，限制了焦碳N转化为NOx＞影响燃料型NOX生成因素较多，与温度、氧含量、反应时间， 及煤粉的物理和化学特性有关O温度＞温度的升高对燃料型NOx生成量有促进作用在1200C以下时， 其随温度升高显著增加，温度在1200C以上时，增速平缓对于 燃料型NO、，燃料中N越高、氧浓度越高、反应停留时间越长，NOX生成量越大，与温度相关性越差氧含量 ＞氧含量的增加，可以形成或强化窑炉内燃烧的氧化气氛，增加氧的供给，促进燃料中N向NOx的转化燃料型NOx随过剩空气 系数的降低而降低，在avl时，NOx生成量急剧降低在氧含量 不足时，氧被燃料中的可燃成分消耗尽，破坏了氮与氧反应的物质条件。

在a＞l.l时，热力型NOx含量下降，燃料型NOx仍上升燃料型NOx与煤的热解产物和火焰中氧浓度密切相关，如果在主燃烧区延迟煤粉与氧气的混合，造成燃烧中心缺氧，可使绝大部分挥发份氮和部分焦碳N转化为N2o ＞不同种类的煤，挥发份含量、氮含量等差异较大通常挥发份和氮含量高的煤种生成NOx较多煤粉细度较细时，挥发份析出速1:1度快，燃烧速度快，加快了煤粉表面的耗氧速度，使煤粉颗粒局部表面易形成还原气氛，产生抑制NOx生成的作用煤粉细度较粗时，挥发份析出慢，也会减少NOx的生成量特别是对劣质煤或是着火点较高的煤，这种情况会更明显，控制合适煤粉细度可依据窑况和NOx生成量综合考虑1=1＞煤挥发份中氧氮比越大，NOX转化率越高相同氧氮比条件下,过剩空气系数越大，NOX转化率越大1.3瞬时型NOx：在燃烧反应的过程中空气中的卬与燃料过程中的部分中间产物反应而产生的，以煤为主要燃料的系统中，瞬时型NOx 生成量很少可以不作重点关注2、现有低氮燃烧技术大致介绍水泥窑烟气中NOx的控制相对是一个非常复杂的问题，需要强调的是，降低NOx的排放必须是在保证水泥窑正常生产的前提下进 行2.1.水泥窑烟气中NOx的产生主要来源于燃烧,根据其燃烧过程的特点和燃料的生命周期,目前所掌握的NOx控制方式主要有以下几＞针对NOx主要来自燃料本身，对燃烧进行脱氮处理或者选择含N 低的燃料、使用低N的替代燃料，以降低燃料型NOx的生成，不 可避免地成为一种选项。

在燃料来源具备条件的区域，部分水泥 厂采用此种方式也不失为一个办法＞低氮燃烧技术是通过改变燃烧条件来控制燃烧关键参数,以抑制NOX生成或破坏已生成的N0x为目的，从而减少N0x排放的技术其主要方式有:采用低NOx燃烧器、空气/燃料分级燃烧技术、改变 燃料物化性能技术、改变生料易烧性等方面＞针对烟气的脱硝技术，主要是根据NOX具有的还原、氧化和吸附等特性开发出的一项技术主要有比较成熟的SNCR和SCR法、湿法脱硝、生物脱硝等2.2低氮燃烧技术低氮燃烧技术主要是对应NOx的两种生成机理，从降低燃烧温度、窑炉内温度来减少NOx生成，改变煤粉着火区域和燃烧区域的 气氛来达到抑制NOx的生成或促进NOx向N2转变低氮燃烧技术只发生初期投资而没有运行费用，是一种较经济的控制NOx的方法通过采用炉内低NOx燃烧技术，能将NOx排放浓 度降低20-30%o各种炉内低NOx燃烧技术均涉及窑炉燃烧的安全和 效率问题，其存在一定局限性，多种技术组合使用后NOX生成降低 率可以达到20-40%o2.3低氮型燃烧器回转窑中的热力型NOx主要是由窑头燃烧产生的，相关资料显示，窑头燃烧排放的氮氧化物主要是NO,约占95%O提高一次风喷 出速度，提高一次风喷出动量，降低一次风用量，可以显著降低回转 窑中NOx的生成量。

设计特殊燃烧器内部结构，改变风煤比例，产 生燃料着火区有类似空气分级、燃料分极法的效果，在保证煤粉着火 燃烧的同时，可有效地抑制NOx的生成大体上都在宣传有20-30% 的降低效果低氮燃烧器为了达到降低NOx目的，一般都采用低温 燃烧或低氧燃烧技术，对燃料适应性相对较差，在目前水泥企业使用 原煤质量趋向变差的情况-E对低氮燃烧器提出了更高的要求2.4分级燃烧技术分级燃烧技术是将煤、燃烧空气及生料分别引入，以尽量减少NOx生成和尽可能将NOx还原成N2的技术空气分级燃蔑技犬是将燃烧所需的空气分级送入炉内，使燃烧在炉内分级分段燃烧燃烧区域的氧浓度对各种类型的NOx生成都有 很大影响当过剩空气系数a

在富氧区，保证煤燃烧充 分空气分级燃烧技术使用好的关键是：控制好贫氧区温度和主三次风量，不使煤不完全燃烧损失过分增大，避免因还原性气氛导致的结 皮和结渣影响系统正常运行，要充分考虑炉容或者煤在炉内燃烧时间 够不够燃料分妍术是把燃烧分成两股或多股，创造三个燃烧区域：富氧区域、缺氧区域、燃尽区域在富氧区域，供入分解炉用煤的70-90%,此处空气过剩系数a约1.2,NOX生成在缺氧区供入10-30%的分解炉用煤量，此处空气过剩系数a约0.8-0.9,形成很强的还原气 氛，将富氧区形成的NOx还原成N2燃尽区再供入部分三次风，在 正常过剩空气系数a约1.1条件下，使产生的CO和飞灰中的碳燃烧—A 兀全O水泥窑的燃料分级燃烧技术还有，在窑尾烟室和分解炉之间建立还原燃烧区域，将炉用煤分一部分供入此区域，在缺氧燃烧条件下产 生CO、H2、HCN和固定碳等还原剂，与窑内来的烟气中的NOx发 生反应，将NOx还原成N2同时，煤粉在缺氧条件下，也相应地抑 制了其自身燃料型NOx的产生3低氮燃烧技术的效果 低氮燃烧器，对氮氧化物的降低约在15-30% 空气分级燃烧技术，对氮氧化物的降低约在20% 燃料分级燃烧技术，对氮氧化物的降低约在20-30% 但并不是简单的叠加效果，还没有很有说服力的实例，证明上述技术 措施同时采用时，其NOx排放浓度会降低50-60%, 一般是20-40%o4改变燃料物化性能不同性能、不同细度的煤粉在炉内生成NOx量有较大变化。

分 解炉内使用无烟煤较烟煤NOx生成量约提高300mg/Nm3o有一种说 法，在分解炉内使用高挥发份的褐煤替代难燃的煤时，NOx生成量会 显著地降低，这可能与分级燃烧技术有相同的原理同样地，较细的煤粉可以在燃烧区域内出现与分级燃烧相似的现象， 挥发份和固定碳可以在火焰不同区域燃烧5提高生料易烧性具备条件时，在不影响产质量情况下，有意识地调整熟料配料方案， 不过分地追求KH值，适当地降低生料细度，选择易烧性好的原料， 甚至加入矿化剂等，有效地提高生料易烧性，为可以有效地降低窑内 烧成温度，也是降低窑内热力型NOx生成量的一个办法一般有降 低NOX生成量5-10%的。