球团回转窑燃烧调整对氮氧化合物排放的影响分析

胡 敏，耿豪奇，刘正刚

（新兴铸管股份有限公司，河北 武安 056300）

社会经济水平的提高，使人们对生活环境质量有了更高的追求。在环保理念背景下，很多企业开始着手污染排放物的处理，通过通过改进设备和工艺操作，以降低窑内煅烧带温度，防止局部高温，从根本上抑制NOx的生成。对提高资源利用率、提升稳定燃烧作业率及环境保护有着重要的意义。

1 氮氧化合物的生成机理

第一，热力型。氮气在高温作用下会与氧气发生化学反应生成一氧化氮（NO），温度越高，分子运动越快，氮氧化合物生成量越高。根据数据分析，如果回转窑内部温度保持在1000℃以下，此时化学反应不明显，氮氧化合物生成量较少；在1000℃到1300℃期间，化学反应逐渐明显，氮氧化合物含量逐渐上升；温度超过1300℃时，化学反应比较剧烈，氮氧化合物含量开始进入快速增长阶段。第二，快速型。在回转窑燃烧过程中，如果供氧不足或供氧过量，此时氮元素会和煤气中的碳元素和氧元素进行化合反应产生氮氧化合物，相较于热力型氮氧化合物，该类型物质含量较少，生成速度较快。第三，燃料型。在高温环境下，碳元素将作为催化剂，促使煤气中的含氮化合物分解成氰根化合物，此类物质在回转窑内会再次进行分解，生成氮元素，随着氮元素含量的增加，氮元素会与空气和分解物反应生成氮氧化合物[1]。

2 影响氮氧化合物生成量的因素

根据氮氧化合物生成机理，影响氮氧化合物生成量的因素主要有火焰温度、燃烧器区段含氧浓度、燃烧产物在高温区停留时间和煤气的特性，而降低氮氧化合物生成量的途径主要有两个方面：降低火焰温度，防止局部高温；降低过量空气系数和含氧浓度，缩短燃烧产物在高区停留时间，使煤气在缺氧的条件下燃烧。针对改造前生产情况，认真分析NOx的形成与烧成温度的关系，实验表明燃烧温度从1550℃起，到1800℃以指数方次急剧上升，特别在1750℃后几乎是直线上升，而球团窑的火焰温度峰值就在这个区间[2]。

3 球团回转窑燃烧调整对氮氧化合物排放的影响

本文以4*30m球团回转窑为研究对象，在窑头装有专门设计的脱硝专用四通道煤气烧嘴，通过调节空气煤气比例来调节火焰长度，控制窑内焙烧温度。同时，在窑头、窑尾处加装插入式热电偶，借此测量回转窑内部情况。球团生产线采用链蓖机—回转窑—环冷机生产工艺，设计年产量75万吨，采用燃料：转炉煤气为主、焦炉煤气为辅（主要是升温和转炉煤气压力低的辅助热源）。

3.1 一次风速

将回转窑内负荷调至额定负荷，测量此时燃烧情况和氮氧化合物产生量。保持其他条件不变，改变一次风速，重新测定此时相关数据，对数据进行比对，具体分析结果如下：氮氧化合物会随着风速加快而增加。具体原理是提升风速时，窑膛内部的初始流速会受到干扰，产生气流卷吸现象，导致回流区域面积增大，回流区域会卷吸含有碳元素和氮元素的烟气，烟气中的元素与空气发生化学发生，产生氮氧化合物。另外，在此过程中，风速的改变会造成燃烧延迟，为氮元素与空气发生反应预留了空间，直接造成氮氧化合物含量上升。对此，需要寻找一次风速的平衡值，借此降低氮氧化合物含量。

3.2 二次风占比

将环冷机一冷段近1100℃热废气引入窑头罩，作为补充二次风。以保证窑内所需焙烧温度及起到降低能耗的作用。在统计对照组实验数据后，保持总风量不变，对二次风占比进行调整。可以通过增加上部风层，打开下部AC层风门的方式进行调整。对调整后测量数据进行统计，具体统计数据如下：通过降低二次风占比可以有效降低氮氧化合物含量。其原理是降低二次风占比能够将回转窑燃烧中心的风量控制在最小范围，随着燃烧的继续，周边的氧气含量将逐渐下降，产生碳元素含量丰富的燃料区，碳元素的密集会阻止氮元素与空气进行化合反应，使区域内的快速型氮氧化合物和热力型氮氧化合物含量降低，实现氮氧化合物产量的有效控制。

3.3 过量空气系数

过量空气系数是指单位时间内送风机的送风量。在预期回转窑载荷下，测定初始过量空气系数产生的氮氧化合物含量和燃烧情况。保持初始条件不变，调整过量空气系数，测量此时各类型数据，将两组数据进行比对，具体比对结果如下：随着过量空气系数的增加，氮氧化合物排放量随之增加。其原因是送风机风量的增加会提高回转窑内部含氧量，提高其内部的燃烧速度，使其中心温度会在短时间内上升，使热力型氮氧化合物产量提高，并且送风量的增加会增加煤气与氧气的接触面积，造成煤层内部的含氮化合物与氧气发生反应，造成氮氧化合物含量提高。

3.4 煤气量

回转窑燃烧过程中，根据不同层次的燃烧情况调整煤气量，借此观察煤气量传输对氮氧化合物排出量的影响。该方式的具体原理是回转窑在燃烧过程中，不同层次的燃烧情况存在一定差异，适当调整各层次煤气量，使回转窑燃烧中心的煤气量增多。在氧气不断消耗的过程中，碳元素富集区逐渐增多，使燃料可以得到充分还原，降低了氮元素与氧元素的接触面积，借此降低热力型氮氧化合物和燃料型化合物的产量。经过试验比对，最佳的组合方式是减少窑头煤气量、增加窑中及窑尾煤气量。

我厂炼钢转炉时常单炉生产，转炉煤气压力波动较大，为保证球团回转窑正常生产，只能加大焦炉煤气用量，从而导致窑内煅烧带温度集中，NOx生成量增多。此次通过球团改造，将原先的手动调节煤气用量，改成利用电脑程序编程控制，实现煤气用量PID自动调节，减少因煤气压力波动大，手动调节不及时，造成NOx生成量过多的情况。

稳定燃烧前后对比：

表1 稳定燃烧调整前生产相关技术参数

表2 稳定燃烧调整后生产相关技术参数

4 结论

综上所述，在回转窑燃烧过程中，受到各方面因素影响，会造成氮氧化合物含量增加，降低资源利用效率。通过调整回转窑燃烧的各方面因素，确定各因素对氮氧化合物排放量的影响，对降低污染物排放量，促进企业经济可持续发展有着重要意义。