回转窑燃烧器降低氮氧化物机理分析

Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ＮＯｘ　Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ　ｉｎ　Ｋｉｌｎ　Ｂｕｒｎｅｒ　李宁，，赵亮！　摘　要：回转窑内的氮氧化物（Ｎ（）、）生成量占水泥厂Ｎ（）＼总生成量　的比例相对较小，且仅产生因窑内高温而形成的热力型Ｎ（）、，并可　通过正确选用燃烧器得到有效控制　本文通过阐述回转窑内热力　型Ｎ（）、的形成过程，以中材装备集团有限公司的大推力燃烧器为　倒进行了机理分析　关键词：回转窑；燃烧器：氦氧化物　中图分类号：　ＦＱ　Ｉ　７２．６２５．３文献标识码：Ａ　文章编号：ｌＯ０ｌ一６１７ｌ（２０１６）０６—００４０—０３　

回转窑ｌ大】热料的煅烧要求窑　必颂保证一定的　，这种情况必然　会　生ＮＯ、　ｉｉ　热料　质城的　『ｌＪ‘，降低窑１人Ｊ　Ｎ（）、　成　是燃烧器　技术的夫键，采川ｔ合　的火焰温度场　分　，控制高温峰ｆｊＩＩ＝址行之有效的　法　ｌ　ＮＯ、的形成机理　１．】燃料燃烧机川　燃料在燃烧过　巾将Ｊ　：，卜Ｎ（）、．　依据其形成机　Ｉ『丁分为　种类，ｉ４：　（１）热力－　Ｎ０＼　通常把热　Ｊ　ＮＯ、称为　瞍，　ＮＯｘ，　温俊＜１　５００Ｋ　Ｈ寸，　Ｉ　Ｊ　Ｊ　ＮＯｘ的形成｝Ｉｌ假少，随着泓度的升　高，热乃　４　ＮＯｘ　ｌ，『勺生』戊－－ｑｒ　ｌ　Ｉ￣暂！ｌ　：Ｅ　升　当湍度＞２　２００Ｋ以　，形成的＿’Ｆ　要就是热　Ｊ　ＮＯ、　次，热　ＮＯ、的形成　Ｉ　气　过剩系数也仃彳ｌ｛大大系，随荇铽　含　

的增ｌ『ＪＩＩ，　高温下氰分ｆ分解形成　氰　，ｆ』ｌ发ＮＯ×发　卜链Ｊ－Ｉ＝反幢的儿　牢也人人增ｎ¨　增』Ｊｆ】燃烧　气的供　量通常会导致燃烧潞度Ｊ，ｆ勺降低，　此ｒ『『以认为　理想的燃烧条什下，仪　当　气过利系数“接近等化学当量　的条什＿｛１ｆ，热力划ＮＯｘ　破大的形　成速度　…丁燃烧过　Ｉｆ　总是燃料　币¨。　气边混合边燃烧，　此　其际的　扩敞火焰ｒｌＩ．最大的热　，　（）ｘ形成　总足偏移¨｛现在　ｌ的Ｉ　城内　（２）伙述，　ＮＯｘ　怏述，　ＮＯｘ义称为瞬ｌｌｌｆ　（）＼，它　的肜成　要求存火焰的锋Ｉ而上有　大　的碳叙化合物作为　物　通　常绦什　、怏速　）、ｆｒ，ｊ彤峨艟占总　Ｎ（）＼形ＪＪ　｝　的比例很／Ｊ、，・般≯ｌ％，　此　技术分析过　ｒｆＩ常常忽略怏　速　）ｘ的影响～　（３）燃料　（）ｘ　温度　１　ｌＯＯｋ以Ｈ『１ｆ肜成的　ＮＯ、』ｔｆ以认为全　是燃料ＩｌｌｆＩ　有机　氮　索瓴化肜成的，通　ｍ，ｔｔ　×，ｆ　粉的燃　烧过　术说．煤炭『ｆｌ的瓤几索　芾波　动　…　（）．５％～２．５　之叫，　１燃烧温　发＞２　２００Ｋｌｉ寸．Ｎ（）＼总｛　Ｉｆｌ将　彳丁　燃料Ｊ　Ｎ（）、的存　．　１．２燃料燃烧过程　煤粉的燃烧通常址以煤粉群的　肜　进ｉ　燃烧反　燃烧过程　以人敛分为ｊ个阶段：　（１）　粉的升温过　（２）　较低的温度下　发分释放　并＂始竹火，依据　火的力‘　ｌ＝，ｒ　Ｊ‘以　分为拍　发分稳定着火的均ｆ｝Ｉ符火干¨　挥发分、、Ｉ＂－焦』ｉ　符火的　均卡Ｈ着　火　（３）　发分完成燃烧／ｉ，，焦炭持　续燃烧ＩＩｉｌ￣＇－ｉ结束　煤粉燃烧的　个阶段　成的　璎是燃料Ｊ　ＮＯ＼和热力，　ＮＯ＼，燃料　型　（）、　¨ｊ现存第二阶段　｝９Ｊ，这　时　发分人　释放许迅述进行燃烧　

通讯地址：ｌ中材装备桀闻有限公司，天津３００４００；２天津水泥工业设计研究院有限公司，天津３００４００；　收稿日期：２０１６－０４一Ｉ　：编辑：赵星环　

４０　Ｃ　Ｍ　ｐ：ＮＴ　ＴＥ（：ＨＮ（）Ｉ　（）（　ｙ　６／２０１６　反心：以ＮＨ　ｆＩ】ＨＣＮ形式释放的巾　物顷和燃烧形成的　活性丛『才ｌ快速　成反　彤成燃料型Ｎ（）、或　Ｎ　随行　挥发分的燃烧以，支心罔高濉Ｊｊ：Ｊｉ＝】气埘　熊颗粒的进一步　Ｊ儿１热，焦炭开始蓿火，形成叫　的火焰｛　碳Ｊ　ｒ的　烈　燃烧导敛燃烧温发迅速Ｉ　升，此时　火焰锋　及卜游的　附近　域内，热力型　【）、仆始大：１｛＝彤成随符碳　于离　主燃烧　域进入燃签阶段，燃烧彻１１　，１　６：１：Ｉ＿｛埘较低，瓴　浓度也处于较低水半，这¨’『焦炭　一方‘　继续；ｆ￣ＺＬｔ．　炭　（）、，同时也伴随着　）、被焦炭还　分解的过　，　致Ｎ（）＼浓度的下降　２回转窑内ＮＯ、的形成机理　水泥，ｌ　产线ｌ　的　（）、｛　是ｉｌｌ丁燃料的燃烧彤　的，Ｎ（）、产　ＩＩ１＝ｉ　１干¨燃料的Ｊｔｔ　ｂ　【１二例火系　』Ｊ『Ｊ，通常分　炉燃料川一ｉ　ｉ【　６０％，…转窑燃料Ｊ｛¨　４０％　分蝌炉　Ｉ　燃烧湍嚏卡¨对较低．ｔ要足燃料型Ｎ（）、．…转　内卜　要足热乃　）、本史仅淡　转窑内的热／　）、　不Ｉ州种类的煤粉祚ＩＦＩ转搿内燃烧形成的　）、分　ｉ　足不一样的　以　ｌ１材装箭集…？ｆＩＩ￣公ＩＵ的人推　燃烧　为例．　轴流　速为３ｌ０ｌｌ１／ｓｌＩｌ『Ｉ的Ｔ　况下，模拟贫煤ｌｆｌＩ＇ｔｌ￣Ｉ　ｌｆ　的、（）、分　以，支帆ｌＪ，Ｉ　ｈ：场分　ｆ　｝　Ｉ冬１　ｌ和　２　＝　＿　！！！，！　｝隧　｛啦　｛　棠　ｊ班　ｉ　：　图１不同煤种燃烧的　（）、分布情况　图！不同煤种燃烧的温度场分布情况　罔ｌ　ｆ【】罔２的对比『】『　，通过模－Ｂ２ｉｆ算ＩＩＩ　々　Ｉ』、Ｊ　的　（）、分布　温瞍场分　，结　刈‘应瞍　常离　火焰　肜成过秤Ｉ｛１，煤粉的挥发分燃烧Ｉｘ　域和　定做燃烧１）（＝域　形成ｒ　个明　的ＮＯ、离浓度Ｉ　，　行为燃料　ｆ　的彳『ｆＪｌ　Ｎ随挥发分的析　参与反　肜成Ｈ（：　、　（）等　川　２０Ｉ６／６水泥技术　成终产物，』　则址随什　Ｉ定碳的燃烧肜成的高温ｌ≮域　广：　ｆ　人ｉＩ｝热　Ｎ（）＼　３燃烧器降低　（）＼机理分析　＂埘　燃烧　ｌ（Ｉ　‘，同转甯内以热力　（１、为　，　满址系统Ｉ　常煅烧的情况下，唯一的措施就是控　；ｌｉ－Ｉ５；　『　’　濉Ｉ　域峰　ＩＩＩ　０　燃烧　的火焰ｊ　状与　５结ｆ｛’Ｊ搜］　况没　息息十Ｉ｝父，通过　汁　川ｍ０燃烧器吖以改善火焰肜状，　州¨‘窑ｌＪ、Ｊ　ｌＩ，ｈ　！Ｆ分　，从　达到降低温度峰　、降低Ｎ（）、　排放的作川　燃烧　ｎ勺＊：道　成迎常包括：轴流　（俗称外　）、　』　、谜｛ｉＯｘＬ（俗称Ｉ～　）一般而吉，ｊ＝Ｉｌ｛流　的Ｊｘｌ　和　风述　决定Ｊ’火　的卉火币『ｌ前端的扩散情况　轴　流　述－定的　ｆ－　卜．　Ｉ　１越大，则火焰肜状越集　｝１、越　＃ｔｉＩ，　刈’什火川‘ｎ１ＪＩ　会延　；　越小，　火　扩敞能力　越姒．十｝Ｉ刈　火ｌＩ、ｆ　会提　以Ｉ『１材　，弁　…仃　公司的大推力燃烧器为例，　４１ｔｌｉ，４ｔ；ｘＬ述一定的　ｈ＇ｆｔ｝　卜．１　况ｌ没定轴流风比例为５　ｌ％，　ｌ　况２没定轴流　比例　４５ｃ￣，两种ｌｒ况的模拟结　３　ｆ¨Ｉ　４　Ｉｔｆ　人　ＩＩ流Ｊｘｌ－ｉ　ｉ下，火焰型ＪＪｎ集小，荷火速　Ｊ受　怏．燃烧Ｉｘ　域业　ｒｌＩ　７』【１果・味降低轴流Ｊ４　，ｌ！ｌｊ　火焰绵软九，Ｊ，‘　粉燃烧述懂过慢，煅烧不足　

图３温度场分布情况　况ｌ　况　

ｉ离燃烧器头部端　离，，，　图４横截面平均温度分布　为ｒ他燃烧　持・定的推力，同叫‘　减少过剩　。　，

Ｉ　Ｊ　一的办法就址提高』ｘＬ速，尤　足外　的　

述　刈１　／ｆ　种的煅烧．其ｘ，ｊ－ＪｘｔＬ￣和　最的要求　

转　Ｉ～　址　ｆ　煅烧而肜战的热力型、（）、，　

■　一　■　一　誓　此，窑　燃烧　降低Ｎ（）、的唯　、法就址降低　碳　燃烧Ｊ×：域热ｑｉ　ＬＬ¨Ｉ／Ｕ　『ｌ１释放，尤沦从　…　足辅ＩｈＪ　郜达　ＩＪ　．Ｉ　Ｊ耍ｆ１，Ｊ均　Ｊ分　，以　Ｊ　Ｎ（）＼低十１ｆ　放的Ｉ　Ｊ的　ｌｌｌｌ转　ｌＪ、Ｊ的　粉　允分燃烧的　＿Ｉ１ｆ　求仃　ｊ－：，ｊ￣ｊ的　场分ｍ，燃烧　汁必须做刮针埘　、个　化　／ｆ　…的蝶粉，Ｊ　燃烧特　＿卡ｌ１Ｉ州，煤粉的燃　ｌＩｌ『　１、　火　・　放热峰价、放热　俊等ｒＩ：接影响ｒ　燃烧Ｉ１、ｆ　的热　Ｊ分　况　做剁将燃烧　的没　ｊ煤粉的　燃烧特　１：ＪＩ』Ｊ　，／ｊ１能　地　煅烧　ｊ　ＮＯ、低排放的　『ｌ的　Ｉｆｔ材装，胥　…仃　公・＿燃烧　研究所能分忻　Ｍ　杉）ｌ，Ｊ０燃烧　，』　Ｉ｝：１・故　Ｉｊ＿ｒｔ　Ｊ　×　ｊ—Ｈ：的没ｉｆ　燃烧器　ｌ１　流Ｊｘｌ』Ｊｔｉ『■ＪｘＩｊ坐『ｆ　Ｊ‘达３３（ｈ１　（迎过…‘Ｊ　身　流流体　‘ｌ　：ｉ　刮），将恪仆燃烧　拊　Ｊ　Ｙｌ　ｌ　５００～１　８００％Ｉ／Ｉ／Ｓ　『ｌ１　【ｆ、Ｊ‘．　Ｉ　Ｉ，Ｉ勺ｊ＝ｌＩＩ流　述能ＪＪｊｌ火刈　次　的　口Ｊ殳』Ｊ瞍，进一　－ｊ“＿ｔ　化打火．降低　Ｉ定臌燃烧Ｉ　城的热释放．他濉艘场　

分ｎ　Ｊ　Ｊｌｌ』　Ｊ．从Ｉｎ　效地ｌ５年ｆ　姒Ｉ力，ｆ　ＮＯ、的，　，ｊ　

－　｝　粉銎敬以人卅　燃烧　（１　１）们ｆ々统燃　悭　（１　２）ｊｔｔ￣ｆ　ｆ　拟×、Ｊ’Ｉ匕．ｊＩ　Ｉ冬Ｉ　５、Ｉ冬Ｉ　６　ｆ…纠７，　数　刈比　ｌ　

３　７０（）　３　２００　１　７０（）　１　２０（）　ｌ　７０（）　

图５温度场分布・隋况　一　～一　／　

／　／　／　

／　／　／　

离燃烧器　部端Ｉ（１ｉｌ￣ｌ　ｆ曳．ＩＩ１　图６横截面平均温度分布　

／、—＼．　／——’——～．　／　

７　

ｆ　

表１最高温度分布　最高温度，Ｋ　温度分布｛，｛点，ｍ　温度分布驻点　ｒ况１　２　８２７　１０　１６　Ｉ　况２　３　４８７　１　１　２０　

通过刈比ｎＴ以发现，大推力燃烧器荇火较　，着火　后火焰均匀燃烧，带动㈨定碳部分进一步燃烧放热，整　体放热　域均匀，同时火焰较短，其巾存窑轴ｍ】７ｍ的　完成热　释放，较好地实现Ｊ　熟料的煅烧　传统　燃烧　，燃烧　域卡几埘　－『『．，Ｉ　挥发分及冈定碳燃烧　域均　ｌｆ１燃烧　域，温度峰值高，火　偏细Ｋ，扩敞　

，Ｉｒ１时　产　Ｉ　高ＮＯ　、　４结语　综　昕述，只有做到将　Ｉ转窑燃烧　的设计与煤粉　的燃烧特　Ｉ＇ｌ－：￣ｔｔｌ』Ｌ　．才能有效地降低　转　【』、】　（Ｊ　肜ｂ　砒，斤Ｈ尽　ｆ能地使火焰濉螋均匀化，控制火焰高温峰　

，以达到降低热力　ＮＯ、的日的　简　、　Ｉ（ｉｊ　，煅烧圳　时要求卡丌对商的轴流　和　ｌ１等的　速，煅烧无　Ｊ＝｝ｉｆ　叫ｌＪ！ＩＪ需　对较低的　和较高的轴流风速ｌｌｌｔ材装　…有　公ＩＪ的燃烧ｎｒ一９－针埘小　蝾粉做…了个悱化　的没汁，　ｉＩ－：达到了　ｊ煤粉燃烧特性十Ｉ１ＩＪＣ　的　求，　存火焰彤状控制、ＮＯ、　方面　较大的优势，同时较　的火焰　７ＪＩｌ符合『＝Ｊ　大部分厂家追求的　料怏烧　的操作　念，有利丁节能降牦．提高水　质　・　

天津水泥工业设计研究院有限公司　一　获中国标准创新贡献奖三等奖　

１（）月１４　Ｅｌ，国家标；住化管理委员会举行了中国标　；隹创新贡献奖颁奖活动，天津院牵头主编的　ＧＢ５（）６３４—２（）…《水泥窑协同处置工业废物设计规范》　获得中国标；隹创新贡献奖三等奖该规范是由天津院　牵头主编的国家标准，于２（｝１０年１１月发布，２（）１１年１（）　月实施　该规范自发布实施以来，全国各省市水泥企业设　计了近十条水泥窑协同处置工业废物及污泥生产线　本规范为设计单位及水泥企业处置废弃物提供了有关