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在影响NOX生成的主要因素中,除燃料的特性影响NOX生成外,影响热力型NOX和燃料型NOX生成的主要因素是系统的温度、供氧量以及燃料在燃烧带的燃烧时间。新型干法窑在熟料烧制过程中,NOX的生成主要集中在两个地方,回转窑内和分解炉内。由于燃烧区的温度不同,热力型NOX和燃料型NOX所占比例也不相同。回转窑内温度较高,主要产生热力型NOX和燃料型NOX,而且两种类型的NOX还存在相互抑制的作用。分解炉内温度较低,主要产生燃料型NOX。回转窑内火焰温度高达1800℃以上,故它是尾气中NOX的主要生成源。在回转窑中产生的NOX约为750~1200ppm;而出预分解系统的NOX约为600~700ppm,平均为650ppm。
2.2控制NOX生成的措施
控制NOX生成,可分三个阶段进行:生产前期源头控制,生产过程生成控制、生产后期排放控制。
目前企业减排NOX的措施,大都把重点放在了生产完成末期排放的控制上。后控技术固然有效,但无疑要增大基建投资和生产成本。采取SNCR法脱硝,除了增加生产成本外,目前还存在效率不高、有效反应温度区域较窄、氨逃逸率等问题尚需继续完善。因此,抑制NOX的产生,首先就应该做到未雨绸缪,结合企业自身实际,针对在生产过程中导致NOX生成的不同因素,有的放矢地采取对应措施。
抑制NOX的生成,在生产进行过程中,可以分两步实施:
(1)生产准备阶段采取的控制措施:
A.对原燃材料的质量控制:重点要做好对燃煤中、尤其是燃煤挥发份中氮含量的控制。条件允许时,采用低挥发份煤或无烟煤煅烧,有利于降低NOX的生成。
B.采用低氮燃烧技术:对燃烧系统进行改造,采用低氮燃烧技术,降低入窑一次风量和火焰峰值温度。缩短燃料预燃和燃烧时间,降低NOX的生成。
C.采用分级燃烧技术:根据分解炉形式不同,对具备实施分级燃烧条件的,可在分解炉系统逐步实行分风、分煤及分料的分级燃烧技术。在新上线分解炉设计中,可直接采用分级燃烧技术。
(2)生产过程中降低NOX生成的措施:
控制窑炉内氧含量和温度,是生产过程中降低NOX生成的比较直接的方法。
A.燃煤添加剂技术:在燃料中加入一定量的合适的添加剂,通过催化、活化、促进氧化及离子交换,有效地降低煤的燃点,提高煤的燃烧效率,减少富氧量,可以抑制NOX的产生,并且能够控制CO的生成。
B.中控操作控制:在保证熟料质量前提下,配制易烧性好的生料;并在操作中注意控制窑尾烟室、分解炉及预热器出口的氧气和CO含量。
3抑制生产过程NOX生成的方法
抑制NOX在生产过程生成,各企业除根据自身实际,采用对进厂原燃材料品质控制、分级燃烧技术和提高中控操作水平外;现重点就已应用于生产,并且收到较好效果的低氮燃烧和燃煤添加剂技术简单介绍如下。
3.1低氮燃烧技术
3.1.1采用低氮燃烧技术的必要性
生产实践证明,在回转窑内,燃烧型NOX的最大形成速率发生在挥发份燃烧阶段。对生成量产生影响的最主要参数是着火点喷射流中的氧含量。因此,在生产过程中,采用最小的一次风量,降低着火温度,缩短燃料燃烧过程中挥发份析出和燃烧时间能够抑制NOX的生成。
热力型NOX的形成量,主要是由助燃空气量和熟料煅烧温度决定的。在回转窑燃烧带区域内,采取措施降低一次空气量,并在降低熟料煅烧温度基础上降低燃烧带火焰的峰值温度,是降低NOX生成最为直接和有效的手段。
同时还应指出,一次风量的增加,势必增加熟料烧成热耗。相关资料表明,当一次风量增加到总空气量的10%时,燃烧气体温度将需要上升4℃,相应热耗增加58.5kJ/kg-cl。当一次风率从15%增加到30%时,着火所需热量要增加41.3%。燃烧气体温度将继续攀升,将导致热力型NOX的进一步增加。
由于目前各企业采用的燃烧器,一次风量大多在10%以上,有的甚至高达20%,不仅对减少NOX气体排放、降低燃料消耗、提高熟料质量都有显著影响,而且影响到回转窑的优化操作和稳定安全运行;因此,采用先进技术对现有燃烧器进行改造已是势在必行。
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