分解炉空气分级燃烧及NOx排放特性研究
朱书骏1
朱建国2
1.中国科学院工程热物理研究所,北京100190;中国科学院力学研究所高温气体动力学国家重点实验室,北京1001902.中国科学院工程热物理研究所,北京100190;中国科学院大学,北京100049
摘要：随着我国经济的飞速发展,作为重要基础材料的水泥产品需求量极大且趋于稳定.水泥生产过程中的NOx排放与燃煤火电厂和汽车尾气产生的NOx排放已成为空气污染的主要来源,而分解炉是降低水泥生产工艺中NOx排放的有效设备.笔者在引入高温烟气的模拟分解炉内进行空气分级燃烧试验,研究配风位置、配风比例以及石灰石/煤比例对分解炉内燃烧和NOx排放特性的影响规律.试验稳定过程中,高温烟气发生装置的给煤量和配风量保持不变.此时,高温烟气发生装置的时间平均温度为911℃,其产生的高温烟气温度稳定在750℃左右,高温烟气中NOx主要以NO和N2O的形式存在,其浓度分别为261.49×10-6和12.96×10-6.该股高温烟气将模拟实际回转窑产生的烟气进入分解炉内.在分解炉的上部区域(距离项部0～2 000 mm区域)的温度为800～1 000℃,与实际分解炉运行温度一致,排放烟气中NOx主要以NO和N20形式存在.随着中间配风位置的下移,煤粉燃烧放热区域下移,而顶部区域的石灰石吸热量变化较小,则原有热量平衡被打破且原有吸热量高于现有放热量,导致顶部区域内燃烧温度降低.此时,还原气氛中煤粉燃烧和石灰石分解反应时间均变长,导致NOx的还原反应更加充分.但石灰石分解产生的氧化钙(CaO)作为中间产物会促进NO的生成反应,其反应时间增加也促进了NO的生成;另一方面,石灰石作为催化剂参与焦炭和挥发分还原NO的反应过程,分解炉顶部区域的温度下降使得该还原反应变弱.综上,NO的最终排放浓度是以上反应的综合结果.随着配风位置的下移,该变化对NO的生成作用更加明显,故NO的排放浓度逐渐升高.当一级风量与二级风量的配风比例降低时,分解炉上部区域的煤粉燃烧份额减少和石灰石分解量降低,而分解炉下部区域的煤粉燃烧份额增加和未分解的石灰石份额增加,但石灰石的吸热增加量高于燃烧增加份额的放热量,因此分解炉内整体温度均降低.分解炉内NO浓度是由石灰石催化的氧化过程和还原过程综合决定的.一级风量变小时,尾部CO浓度随之增加,烟气中NO浓度呈现降低的趋势.当石灰石/煤比例增加时,分解炉内沿程温度逐渐下降.随着石灰石给粉量增加,分解炉内石灰石受热分解产生的CaO浓度增加,CaO催化NO还原反应更剧烈,从而NO浓度逐渐降低.而石灰石给粉量增加和分解炉温度降低的过程导致尾部的CO浓度升高.
关键词：分解炉空气分级燃烧燃烧温度NOx排放
分类号：TQ172.9(硅酸盐工业)X781.5(化学工业污染、废物处理与综合利用)
资助基金：国家重点研发计划(2016YFB0601503)
论文发表日期：2020-01-25
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：7( 52-58 )
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