胡 敏，耿豪奇，劉正剛

（新興鑄管股份有限公司，河北 武安 056300）

社會經(jīng)濟水平的提高，使人們對生活環(huán)境質(zhì)量有了更高的追求。在環(huán)保理念背景下，很多企業(yè)開始著手污染排放物的處理，通過通過改進(jìn)設(shè)備和工藝操作，以降低窯內(nèi)煅燒帶溫度，防止局部高溫，從根本上抑制NOx的生成。對提高資源利用率、提升穩(wěn)定燃燒作業(yè)率及環(huán)境保護有著重要的意義。

1 氮氧化合物的生成機理

第一，熱力型。氮氣在高溫作用下會與氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成一氧化氮（NO），溫度越高，分子運動越快，氮氧化合物生成量越高。根據(jù)數(shù)據(jù)分析，如果回轉(zhuǎn)窯內(nèi)部溫度保持在1000℃以下，此時化學(xué)反應(yīng)不明顯，氮氧化合物生成量較少；在1000℃到1300℃期間，化學(xué)反應(yīng)逐漸明顯，氮氧化合物含量逐漸上升；溫度超過1300℃時，化學(xué)反應(yīng)比較劇烈，氮氧化合物含量開始進(jìn)入快速增長階段。第二，快速型。在回轉(zhuǎn)窯燃燒過程中，如果供氧不足或供氧過量，此時氮元素會和煤氣中的碳元素和氧元素進(jìn)行化合反應(yīng)產(chǎn)生氮氧化合物，相較于熱力型氮氧化合物，該類型物質(zhì)含量較少，生成速度較快。第三，燃料型。在高溫環(huán)境下，碳元素將作為催化劑，促使煤氣中的含氮化合物分解成氰根化合物，此類物質(zhì)在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)會再次進(jìn)行分解，生成氮元素，隨著氮元素含量的增加，氮元素會與空氣和分解物反應(yīng)生成氮氧化合物[1]。

2 影響氮氧化合物生成量的因素

根據(jù)氮氧化合物生成機理，影響氮氧化合物生成量的因素主要有火焰溫度、燃燒器區(qū)段含氧濃度、燃燒產(chǎn)物在高溫區(qū)停留時間和煤氣的特性，而降低氮氧化合物生成量的途徑主要有兩個方面：降低火焰溫度，防止局部高溫；降低過量空氣系數(shù)和含氧濃度，縮短燃燒產(chǎn)物在高區(qū)停留時間，使煤氣在缺氧的條件下燃燒。針對改造前生產(chǎn)情況，認(rèn)真分析NOx的形成與燒成溫度的關(guān)系，實驗表明燃燒溫度從1550℃起，到1800℃以指數(shù)方次急劇上升，特別在1750℃后幾乎是直線上升，而球團窯的火焰溫度峰值就在這個區(qū)間[2]。

3 球團回轉(zhuǎn)窯燃燒調(diào)整對氮氧化合物排放的影響

本文以4*30m球團回轉(zhuǎn)窯為研究對象，在窯頭裝有專門設(shè)計的脫硝專用四通道煤氣燒嘴，通過調(diào)節(jié)空氣煤氣比例來調(diào)節(jié)火焰長度，控制窯內(nèi)焙燒溫度。同時，在窯頭、窯尾處加裝插入式熱電偶，借此測量回轉(zhuǎn)窯內(nèi)部情況。球團生產(chǎn)線采用鏈蓖機—回轉(zhuǎn)窯—環(huán)冷機生產(chǎn)工藝，設(shè)計年產(chǎn)量75萬噸，采用燃料：轉(zhuǎn)爐煤氣為主、焦?fàn)t煤氣為輔（主要是升溫和轉(zhuǎn)爐煤氣壓力低的輔助熱源）。

3.1 一次風(fēng)速

將回轉(zhuǎn)窯內(nèi)負(fù)荷調(diào)至額定負(fù)荷，測量此時燃燒情況和氮氧化合物產(chǎn)生量。保持其他條件不變，改變一次風(fēng)速，重新測定此時相關(guān)數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，具體分析結(jié)果如下：氮氧化合物會隨著風(fēng)速加快而增加。具體原理是提升風(fēng)速時，窯膛內(nèi)部的初始流速會受到干擾，產(chǎn)生氣流卷吸現(xiàn)象，導(dǎo)致回流區(qū)域面積增大，回流區(qū)域會卷吸含有碳元素和氮元素的煙氣，煙氣中的元素與空氣發(fā)生化學(xué)發(fā)生，產(chǎn)生氮氧化合物。另外，在此過程中，風(fēng)速的改變會造成燃燒延遲，為氮元素與空氣發(fā)生反應(yīng)預(yù)留了空間，直接造成氮氧化合物含量上升。對此，需要尋找一次風(fēng)速的平衡值，借此降低氮氧化合物含量。

3.2 二次風(fēng)占比

將環(huán)冷機一冷段近1100℃熱廢氣引入窯頭罩，作為補充二次風(fēng)。以保證窯內(nèi)所需焙燒溫度及起到降低能耗的作用。在統(tǒng)計對照組實驗數(shù)據(jù)后，保持總風(fēng)量不變，對二次風(fēng)占比進(jìn)行調(diào)整?？梢酝ㄟ^增加上部風(fēng)層，打開下部AC層風(fēng)門的方式進(jìn)行調(diào)整。對調(diào)整后測量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計，具體統(tǒng)計數(shù)據(jù)如下：通過降低二次風(fēng)占比可以有效降低氮氧化合物含量。其原理是降低二次風(fēng)占比能夠?qū)⒒剞D(zhuǎn)窯燃燒中心的風(fēng)量控制在最小范圍，隨著燃燒的繼續(xù)，周邊的氧氣含量將逐漸下降，產(chǎn)生碳元素含量豐富的燃料區(qū)，碳元素的密集會阻止氮元素與空氣進(jìn)行化合反應(yīng)，使區(qū)域內(nèi)的快速型氮氧化合物和熱力型氮氧化合物含量降低，實現(xiàn)氮氧化合物產(chǎn)量的有效控制。

3.3 過量空氣系數(shù)

過量空氣系數(shù)是指單位時間內(nèi)送風(fēng)機的送風(fēng)量。在預(yù)期回轉(zhuǎn)窯載荷下，測定初始過量空氣系數(shù)產(chǎn)生的氮氧化合物含量和燃燒情況。保持初始條件不變，調(diào)整過量空氣系數(shù)，測量此時各類型數(shù)據(jù)，將兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，具體比對結(jié)果如下：隨著過量空氣系數(shù)的增加，氮氧化合物排放量隨之增加。其原因是送風(fēng)機風(fēng)量的增加會提高回轉(zhuǎn)窯內(nèi)部含氧量，提高其內(nèi)部的燃燒速度，使其中心溫度會在短時間內(nèi)上升，使熱力型氮氧化合物產(chǎn)量提高，并且送風(fēng)量的增加會增加煤氣與氧氣的接觸面積，造成煤層內(nèi)部的含氮化合物與氧氣發(fā)生反應(yīng)，造成氮氧化合物含量提高。

3.4 煤氣量

回轉(zhuǎn)窯燃燒過程中，根據(jù)不同層次的燃燒情況調(diào)整煤氣量，借此觀察煤氣量傳輸對氮氧化合物排出量的影響。該方式的具體原理是回轉(zhuǎn)窯在燃燒過程中，不同層次的燃燒情況存在一定差異，適當(dāng)調(diào)整各層次煤氣量，使回轉(zhuǎn)窯燃燒中心的煤氣量增多。在氧氣不斷消耗的過程中，碳元素富集區(qū)逐漸增多，使燃料可以得到充分還原，降低了氮元素與氧元素的接觸面積，借此降低熱力型氮氧化合物和燃料型化合物的產(chǎn)量。經(jīng)過試驗比對，最佳的組合方式是減少窯頭煤氣量、增加窯中及窯尾煤氣量。

我廠煉鋼轉(zhuǎn)爐時常單爐生產(chǎn)，轉(zhuǎn)爐煤氣壓力波動較大，為保證球團回轉(zhuǎn)窯正常生產(chǎn)，只能加大焦?fàn)t煤氣用量，從而導(dǎo)致窯內(nèi)煅燒帶溫度集中，NOx生成量增多。此次通過球團改造，將原先的手動調(diào)節(jié)煤氣用量，改成利用電腦程序編程控制，實現(xiàn)煤氣用量PID自動調(diào)節(jié)，減少因煤氣壓力波動大，手動調(diào)節(jié)不及時，造成NOx生成量過多的情況。

穩(wěn)定燃燒前后對比：

表1 穩(wěn)定燃燒調(diào)整前生產(chǎn)相關(guān)技術(shù)參數(shù)

表2 穩(wěn)定燃燒調(diào)整后生產(chǎn)相關(guān)技術(shù)參數(shù)

4 結(jié)論

綜上所述，在回轉(zhuǎn)窯燃燒過程中，受到各方面因素影響，會造成氮氧化合物含量增加，降低資源利用效率。通過調(diào)整回轉(zhuǎn)窯燃燒的各方面因素，確定各因素對氮氧化合物排放量的影響，對降低污染物排放量，促進(jìn)企業(yè)經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展有著重要意義。