球團回轉窯燃燒調整對氮氧化合物排放的影響分析

胡 敏，耿豪奇，劉正剛

（新興鑄管股份有限公司，河北 武安 056300）

社會經濟水平的提高，使人們對生活環境質量有了更高的追求。在環保理念背景下，很多企業開始著手污染排放物的處理，通過通過改進設備和工藝操作，以降低窯內煅燒帶溫度，防止局部高溫，從根本上抑制NOx的生成。對提高資源利用率、提升穩定燃燒作業率及環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生化學反應生成一氧化氮（NO），溫度越高，分子運動越快，氮氧化合物生成量越高。根據數據分析，如果回轉窯內部溫度保持在1000℃以下，此時化學反應不明顯，氮氧化合物生成量較少；在1000℃到1300℃期間，化學反應逐漸明顯，氮氧化合物含量逐漸上升；溫度超過1300℃時，化學反應比較劇烈，氮氧化合物含量開始進入快速增長階段。第二，快速型。在回轉窯燃燒過程中，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行化合反應產生氮氧化合物，相較于熱力型氮氧化合物，該類型物質含量較少，生成速度較快。第三，燃料型。在高溫環境下，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，此類物質在回轉窯內會再次進行分解，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生成氮氧化合物[1]。

2 影響氮氧化合物生成量的因素

根據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、燃燒器區段含氧濃度、燃燒產物在高溫區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；降低過量空氣系數和含氧濃度，縮短燃燒產物在高區停留時間，使煤氣在缺氧的條件下燃燒。針對改造前生產情況，認真分析NOx的形成與燒成溫度的關系，實驗表明燃燒溫度從1550℃起，到1800℃以指數方次急劇上升，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間[2]。

3 球團回轉窯燃燒調整對氮氧化合物排放的影響

本文以4*30m球團回轉窯為研究對象，在窯頭裝有專門設計的脫硝專用四通道煤氣燒嘴，通過調節空氣煤氣比例來調節火焰長度，控制窯內焙燒溫度。同時，在窯頭、窯尾處加裝插入式熱電偶，借此測量回轉窯內部情況。球團生產線采用鏈蓖機—回轉窯—環冷機生產工藝，設計年產量75萬噸，采用燃料：轉爐煤氣為主、焦爐煤氣為輔（主要是升溫和轉爐煤氣壓力低的輔助熱源）。

3.1 一次風速

將回轉窯內負荷調至額定負荷，測量此時燃燒情況和氮氧化合物產生量。保持其他條件不變，改變一次風速，重新測定此時相關數據，對數據進行比對，具體分析結果如下：氮氧化合物會隨著風速加快而增加。具體原理是提升風速時，窯膛內部的初始流速會受到干擾，產生氣流卷吸現象，導致回流區域面積增大，回流區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生化學發生，產生氮氧化合物。另外，在此過程中，風速的改變會造成燃燒延遲，為氮元素與空氣發生反應預留了空間，直接造成氮氧化合物含量上升。對此，需要尋找一次風速的平衡值，借此降低氮氧化合物含量。

3.2 二次風占比

將環冷機一冷段近1100℃熱廢氣引入窯頭罩，作為補充二次風。以保證窯內所需焙燒溫度及起到降低能耗的作用。在統計對照組實驗數據后，保持總風量不變，對二次風占比進行調整。可以通過增加上部風層，打開下部AC層風門的方式進行調整。對調整后測量數據進行統計，具體統計數據如下：通過降低二次風占比可以有效降低氮氧化合物含量。其原理是降低二次風占比能夠將回轉窯燃燒中心的風量控制在最小范圍，隨著燃燒的繼續，周邊的氧氣含量將逐漸下降，產生碳元素含量豐富的燃料區，碳元素的密集會阻止氮元素與空氣進行化合反應，使區域內的快速型氮氧化合物和熱力型氮氧化合物含量降低，實現氮氧化合物產量的有效控制。

3.3 過量空氣系數

過量空氣系數是指單位時間內送風機的送風量。在預期回轉窯載荷下，測定初始過量空氣系數產生的氮氧化合物含量和燃燒情況。保持初始條件不變，調整過量空氣系數，測量此時各類型數據，將兩組數據進行比對，具體比對結果如下：隨著過量空氣系數的增加，氮氧化合物排放量隨之增加。其原因是送風機風量的增加會提高回轉窯內部含氧量，提高其內部的燃燒速度，使其中心溫度會在短時間內上升，使熱力型氮氧化合物產量提高，并且送風量的增加會增加煤氣與氧氣的接觸面積，造成煤層內部的含氮化合物與氧氣發生反應，造成氮氧化合物含量提高。

3.4 煤氣量

回轉窯燃燒過程中，根據不同層次的燃燒情況調整煤氣量，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窯在燃燒過程中，不同層次的燃燒情況存在一定差異，適當調整各層次煤氣量，使回轉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量。經過試驗比對，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。

我廠煉鋼轉爐時常單爐生產，轉爐煤氣壓力波動較大，為保證球團回轉窯正常生產，只能加大焦爐煤氣用量，從而導致窯內煅燒帶溫度集中，NOx生成量增多。此次通過球團改造，將原先的手動調節煤氣用量，改成利用電腦程序編程控制，實現煤氣用量PID自動調節，減少因煤氣壓力波動大，手動調節不及時，造成NOx生成量過多的情況。

穩定燃燒前后對比：

表1 穩定燃燒調整前生產相關技術參數

表2 穩定燃燒調整后生產相關技術參數

4 結論

綜上所述，在回轉窯燃燒過程中，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。通過調整回轉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，促進企業經濟可持續發展有著重要意義。