升级改造燃烧器降低氮氧化物排放

2021-04-20逯志军刘红宁杨利明石岩

水泥技术 2021年2期

逯志军，刘红宁，杨利明，石岩

1 前言

我公司回转窑规格为φ4.2m×66m，设计能力为3 200t/d，实际生产能力4 000t/d左右。窑头燃烧器采用第三代燃烧器，规格为EPIC-F3085，自2015年开始使用。随着我国氮氧化物排放标准的日益严格，为进一步提高燃烧器性能，稳定热工制度及窑皮工况，改善熟料结粒，提升熟料质量，降低生产煤耗，经与燃烧器厂家沟通，决定在节约成本的基础上对原有燃烧器进行技术改造。改造后，燃烧器整体性能提高，达到了降低生产能耗、提高熟料质量、降低氮氧化物排放的目标，实现了低氮燃烧，降低了氨水使用成本及环保成本，取得了良好的经济效益。

2 技术改造方案

针对原有燃烧器2014年以来的使用情况，2019年年底，公司利用冬季供暖错峰限产之时，对原有燃烧器进行了升级改造。技术改造方案如下：

（1）燃烧器外风结构及参数暂不做调整，保证火焰刚度及动能参数。

（2）搭配使用原材料中的两种石灰石。原材料中的石灰石品位低，原材料成分见表1。一种石灰石结晶硅含量高（低钙低镁），另一种石灰石MgO含量偏高（高钙高镁），二者需搭配使用。

表1 原材料成分，%

（3）优化布局，改造燃烧器内风的结构形式。燃烧器均化设施相对落后，导致煅烧过程中液相容易提前出现且飞砂严重。在2015年设计时，考虑将燃烧器燃烧区域尽量控制在窑前，以提高烧成带煅烧温度，避免煤粉后燃提前产生液相，影响窑的稳定运行。从近几年的实际使用情况来看，内风往往是在旋流体出口截面积缩小的情况下才使用。此次改造将增加内风调节方式，采用齿槽型和EPIC型两种结构相结合，使内风调节区域更广。齿槽型结构有利于对煤粉进行径向切割及混合，使燃烧区域的煤粉分布更均匀，温度场更合理，且外风风速高，火焰刚度强，风速差大（外风风速280～320m/s，煤风25m/s，内风220m/s），二次风与煤粉混合效率更高。EPIC型结构在齿槽结构内部，尺寸较原有燃烧器小，增大其出口面积，可保证燃烧器整体动能参数，减小径向扩散尺寸，避免煤粉燃烧过于集中以及烧成带核区温度过高。

（4）两组内风结构交替使用。通过阀门切换，可实现在线调节，相当于一台燃烧器同时具备两种设计思路，有利于找到最优化的使用方法。

结合燃烧器厂家改造思路，我公司在拆除燃烧器浇注料后，联系厂家对现有燃烧器进行了返厂升级改造和维修维护。

将原来的四通道改造为五通道，燃烧器类型为拉法基型和EPIC型两种形式结合使用，拉法基型为外直流风+齿槽旋流风（1+3），EPIC型为外直流风+间隙旋流风（1+4），1、2、3、4分别为燃烧器通道序号。同时，结合煤质情况、熟料质量情况、窑内温度热力分布情况及筒体温度分布情况对内风截面积及角度进行调整。燃烧器升级改造前后的参数对比见表2，燃烧器升级改造前后样式见图1、图2。

3 技改实施效果

受疫情影响，2020年3月底，对燃烧器升级改造后返厂，2020年6月，利用山东区域错峰限产期间，进行安装调试并投入使用，改造后燃烧器的组合方式见表3。

表2 燃烧器升级改造前后的参数对比

图1 燃烧器改造前的样式图

图2 燃烧器升级改造后的样式图

表3 改造后燃烧器的组合方式

表4 改造前后氨水使用量及控制指标对比

图3 升级改造前筒体温度热力分布变化（时间5月15日）

实验过程中，我公司采用的是“外直流风+齿槽旋流风（1+3）”的组合方式进行生产运行，外直流风使用压强在50～55kPa，开度100%，齿槽旋流风使用压强在20～25kPa，开度30%～50%。改造前后氨水使用量及控制指标对比见表4。

由表4可以看出，2019年氮氧化物控制值为200mg/m3，实际折算平均值为176.0mg/m3，吨熟料氨水用量为3.63kg。随着环保要求的日益严格，2020年氮氧化物控制标准调整为≤100mg/m3，在不进行升级改造的情况下，吨熟料氨水用量为5.87kg，折合小时流量为1 057.4L。在工艺状况异常时很容易出现单点小时超标现象，且吨熟料氨水成本及环保成本大幅上升。

图4 升级改造后筒体温度热力分布变化（时间6月21日）

对燃烧器进行升级改造后，2020年6～7月的吨熟料氨水用量为4.05kg。从经济效益分析看，在相同氮氧化物控制排放条件下，吨熟料氨水用量降低1.82kg。目前我公司氨水采购无税单价为630元/t，2020年年产熟料76万吨，年创效益额为76万吨×1.82kg/t×1 000×630元/吨=87.141 6万元，效益可观且解决了工艺状况异常时易出现单点小时超标的问题，降低了环保压力。

燃烧器升级改造前后，筒体温度热力分布变化情况见图3、图4。对比升级改造前后筒体温度热力分布情况可见，火焰集中度略有降低，过渡带温度略有上升。由于该燃烧器风压大，烧成系统煅烧效果未受影响，火焰集中度更加合理，减少了短焰急烧带来的熟料中存在还原料的质量问题，熟料结粒及发育情况也更加完好。