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四、“高产、节能、无氨脱硝集成一体化”技术原理简述
氨水能够脱氮是因为它有还原作用,煤也有还原作用,本技术同样需要还原剂。因此,这一技术首先是采用分解炉高强还原燃烧控制技术,分级燃烧是把部分煤还原,我们的技术是百分之百的分解,通过其他的一些配套技术改造,大幅减少窑尾烟气的NOx含量及分解内由燃料自身带入的NOx量,还原和脱除NOx。
其次需要控制和优化窑炉煤量比,将高温燃烧(窑头)用煤量大大减少、减轻回转窑烧成负担,提高燃烧效率,降低因窑头高温产生的热力NOx。
我们把整个过程作为一个系统来处理,这个系统包含以下几个方面:
1、分解炉高强还原降氮技术
与现行的“分级燃烧”技术不同,本技术将水泥熟料煅烧系统看成一个系统整体性的“大分级燃烧”,即由窑头高温煅烧用煤构成主燃烧,形成NOx,窑尾分解用煤构成再燃烧,可消除NOx。
也就是说,全部窑尾煤构成一个高强还原区,将窑头高温煅烧形成的NOx高效还原。
根据这一原理设计出专业无氨脱硝强化燃烧分解炉,无分风、分煤工艺,具有一方面将氮氧化物在燃烧过程中还原脱出,另一方面可将入窑物料在不结皮堵塞的条件下分解率和温度提高,形成前述的烧成系统的燃烧控制技术。
2、头尾煤比优化控制技术
调整合适的头尾煤用量比例,适当减低头煤用量;在降低头煤的同时,保证窑煅烧的正常进行,煤耗下降;增加分解炉用煤比例的同时,保证不过烧,预热器分解炉不结皮堵塞,同时达到强化煅烧的目的。
热理论计算表明,当物料完全分解,且温度在1100℃以上时,后续的固相反应带的放热量(约434.33kJ/kg熟料)基本可提供物料自身加热至1400℃,且完成C3S的合成和物料部分熔融等熟料最终形成所需的几乎全部热量(约463.6kJ/kg熟料)而无需额外供热。见下图所示:
基本原理简述
因此,回转窑用煤的作用主要有两个:
一是提供热生料残余CaCO3分解所需的热量。二是提供对窑筒体散热损失的补偿热量。
根据熟料合成热的这一特点,回转窑内所需传热量可大幅减少,窑头用煤与窑尾分解炉用煤比例可发生变化,从现行的窑:炉=40:60的比例大幅降低至30:70或甚至更低。
从基本原理简述图中可以看到,在这一过程中实际上只有43KJ的热量需要做功。到1100℃的时候我们需要417KJ的热量,后面五分之四的窑需要的热量才43KJ。当然30:70这个比例也不是一下子就能达到的,这是有一个适应过程的,而且要有设备的保证,所以要进行一定的改造。
五、作用
1、提高产量
在提出这一技术的时候,我们当时预计从理论上来讲,4米窑的产量可以翻倍。
设原预分解回转窑窑内烧煤量不变,以原来的产量为基准,令m为原窑产量的倍数,则可建立如下回转窑的热平衡(采用Ø4.0回转窑,产量2000t/d数据计算):
热收入:
1入窑物料带入的热:Q物入=m˙Cm˙1000℃=1090˙mkJ/kg熟料
2窑头二次风带入的热:Q二次风=577.33kJ/kg熟料
3窑内烧成带熟料温度从1450℃下降到1300℃所提供的热:Q冷却带=1.091×150℃˙m=163.6˙mkJ/kg熟料
4煤燃烧的放热:Q煤=3200×0.4=1380kJ/kg熟料
热支出:
1烟气带走热:Q烟气=1150℃×1.9×0.483=1055.36kJ/kg熟料
2熟料带走热:Q熟料=1300×1.091˙m=1418.3˙mkJ/kg熟料
3物料在窑内化学反应及升温吸热:Q反应=153.1kJ/kg熟料
4窑筒体表面散热:Q散热=150kJ/kg熟料
故:1091m+577.33+163.65m+1380=1055.36+1418.3m+153.1m+150
解此方程后得:m=2.06
由此可见,假若分解炉入窑物料已完全分解,且温度提高到1000℃时,理论计算窑的产量可较原预分解窑提高一倍左右。这一理论计算表明了,现行回转窑尚具有十分可观的提产空间,采用本技术及其相关理念,可以大幅改善窑的煅烧环境,提高效率。
2、降低热耗
采用预烧技术,可减少回转窑传热效率低产生的问题,具有传热效率极高的特点。充分利用在回转窑内物料发生的固相放热反应,使回转窑内物料传热量极小,因而回转窑烧成效率将显着提高。
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