产业峰会 | 齐砚勇：烧成系统操作方法改进可促进水泥行业绿色发展
3月28日上午，由中国水泥网主办的“第十三届中国水泥产业峰会”顺利召开。西南科技大学副教授 齐砚勇为峰会带来了以《碳减排背景下烧成系统操作方法》为主题的精彩报告。
德国水泥研究所对Pyroclon (以下称I型，见图1)和Prepol MSC(以下称II型，见图2)两种分级煅烧的分解炉进行了研究。以下为研究结果。......
德国水泥研究所对Pyroclon(以下称I型，见图1)和PrepolMSC(以下称II型，见图2)两种分级煅烧的分解炉进行了研究。
1 过剩空气系数和燃料品种的影响
以前的试验表明，在分级煅烧式分解炉的还原区内存在一最佳过剩空气系数，如超过了，因氧浓度增大而NO生成量也就增加；如太低，虽然对NOX的分解是有利的，但却增加了中间产物(HCN、NH３等)，这些化合物一旦进入分解炉的燃烧区，在富氧条件下，再生成新的NO。
在6台窑上进行试验(I型2台，II型4台，产量1600-6000t/d)。B厂(II型，5000t/d )分解炉还原区的过剩空气系数因设计所限不可能低于0.9，而A、C两厂(II型，6000t/d和2500t/d)均可分别降到0.6和0.4。
试验结果表明：过剩空气系数略有降低，N()Ｘ生成就少很多，用褐煤为燃料时最显著，而用石油焦+煤为燃料时，却看不出有何影响。因此可以认为燃料内的挥发分含量及燃料的活性起重要作用，在还原区燃料排放的氮愈多，通过减少过剩空气来降低NＯＸ 的效果愈好。这是由于挥发分多了，CH团增多使NO得以分解。在C厂的试验还表明，将煤磨得细一些，可增大降低过剩空气的作用。这可能是由于煤细了挥发分排放也就加快了。
与在发电厂的试验结果不同，本试验得出的最佳过剩空气系数远低于0.8。从还原区取样以经典化学分析方法测定HCN和NH３的浓度结果表明，NH３浓度随过剩空气系数的减少而增加(与发电厂的经验吻合)；但即使02浓度很低(0.1％-1.5％体积比)也检测不到HCN，说明HCN完全氧化为NO的说法不成立。而是HCN在高浓度的CaO的触媒作用下全部生成了NH3，几乎没有任何HCN能够到达燃烧区再形成新的NO;而且形成的NH3还可促使NO在燃烧区内分解，因为其温度在发生SNCR反应的温度窗内。因此,还原区的最佳过剩空气系数降低(低于电厂的试验结果)。
由此可见，II型分解炉的三次风管和燃烧区进风管的尺寸的设计应向有利于大量减少过剩空气的方向改进。而对于I型分解炉则应尽量加大出窑气流系列的燃料比例，此类改进对采用高挥发分的燃料，如褐煤，尤为必要。为了解用二次燃料时NＯＸ的变化情况，在两台窑上用挥发分高达70％的二次燃料做了试验。在B厂用较粗的燃烧慢的二次燃料代替30％的高活性煤，在燃料总含氮量可比的条件下，NO增加了0.24Kg NO2／t熟料，这是因为两种燃料的燃烧速度不同，作为整体而言，燃烧在氧浓度较高的地方进行。在C厂用30％挥发分较高的二次燃料代替低挥发分煤，燃料中的氮含量减少1.2％，在过剩空气系数为0.5时，NO 生成量大幅度地降了0.2kg NOx 熟料；但在过剩空气系数高时，因碳氢化合物的迅速燃烧，对NO的分解没有帮助。
2 分解炉内温度对NO分解的影响
试验在D厂II型窑上进行。当物料全部从还原区下部与三次风和燃料一起喂入时(没有分级喂料)，可使还原区及燃烧区的温度达约860℃；采用分级喂料时，物料滞后燃料0.5s喂入，使分解炉下部温度升高，在某点测得1170℃(这可能导致结皮或损坏耐火材料)。两种不同的喂料方式不仅使分解炉温度不同而且也改变了分解炉中部的压降和窑系统的气流分布。两次试验过剩空气系数都是1.3。试验结果表明，分解炉还原区温度的提高，明显促进了NO的分解，温度对NO分解有重要影响。
3 影响NO分解的其他因素
虽然试验证明了窑尾气流中NO流量大时分解炉内NO的分解率也高，但总的NO量的提高只能部分被NO分解率的提高所抵消，所以，还是应减少主燃烧系统的NO生成量。
出窑气流与燃料的快速而均匀地混合有利于NO分解。对于截面积很大的分解炉，增加同一水平燃料喂入点的数量，对混匀是有效的。此外将燃烧器向主气流方向倾斜一角度，使燃烧气体在还原区端部得以充分混合，则延长了在还原区的停留时间，可使HCN在生料内充分转化为NH３。
对于很小的预分解炉(分级燃料的比例<20％)的F厂而言，因不能使还原区的停留时间得到有效的延长，而且由于燃烧区的停留较短，不能保证CO的燃尽，因而不可能增大分级燃料的比例，因此无法设定较低的过剩空气系数，降低NO的试验没有成功。
4 以上一些措施的限制
优化分级煅烧系统时，要考虑其对熟料质量、窑操作及有害物质排放的影响。例如，对I型分解炉，增大了出窑气流系列的燃料比例，就必然要加大该处的喂料量，否则温度太高。如此就意味阻力加大，减少了拉风，对窑的煅烧有影响，同时三次风量却加大了。类似问题也可发生在II型分解炉，不过程度要轻一些。改变了窑系统的空气分布就改变了氧含量，也就改变了NO的含量。所以对I型分解炉，出窑气流系列的燃料尽可能多，则既可使分解炉还原带NO分解增加，又使窑内生成的NO减少。新型三次风管应有翻板阀或闸阀可较准确地控制过剩空气量于一定范围内，可以调整因改变分解炉的操作参数带来的影响。
下表列出在试验中采取减除NO措施的过程中对窑的操作和熟料质量的影响，所有各次试验中均未发现对熟料f-CaO有影响。
试验中，C厂当窑尾气体含氧量为1.5％(体积比)、分解炉还原区过剩空气系数为0.4时，窑内出现过短时的还原气氛，其他试验均未出现。
有一次试验当窑尾气体含氧量为1.8％(体积比)、分解炉还原区过剩空气系数为0.4时，由于结皮、结蛋而不得不中止试验。
E厂因为燃料较粗，一部分粗燃料(达20cm)落入窑内继续燃烧，如果该处氧含量过低，将会使硫固化率降低，内部循环增加，易造成结皮而影响操作，因此其窑尾氧含量不低于3％-5％(体积比)。
在极端情况下，还原区过剩空气系数的降低能够造成废气中CO浓度的升高，在A厂，当过剩空气系数从0.8降为0.6时，废气中CO浓度从0.06％上升至0.08％(体积比)，B厂也有类似情况。但对于大多数试验，分解炉的不同操作方式均未对预热器后C0的浓度产生明显影响。
因此，各厂在采取降NOX的措施时应考虑自己的条件和上述影响。
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