摘  要  阐述回转窑氮氧化物产生机理，有针对性的在操作上采取措施，并采用新型低氮气体燃烧器进行技术改造，使氮氧化物排放浓度降低到国家排放标准以下。

关键词  回转窑  氮氧化物  燃烧温度  改造  燃烧器

1  前言

氮氧化物是造成大气污染的主要污染源之一，通常所说氮氧化物主要包括NO、NO2、N2O、N2O3、N2O4、N2O5等几种。这些氮氧化物与空气中的水结合最终会转化成硝酸和硝酸盐，硝酸是酸雨的成因之一；氮氧化物与其他污染物在一定条件下能产生光化学烟雾污染。由于以上危害，国家环保要求排放浓度在300mg/Nm3以下[1]。凌钢为保证回转窑NOx排放浓度达标，在生产操作及工艺改进上做了有针对性的改进，取得了较好的效果。

2  研究氮氧化物生成机理，查找原因

燃烧过程中氮氧化物的生成有以下三种途径：（1）燃料型氮氧化物，由燃料中的氮化物热分解后氧化产生；（2）快速性氮氧化物，由空气中的N2与燃料中碳氢离子团反应生成；（3）热力型氮氧化物，由空气中的N2在高温下氧化而成[2]。研究表明，燃烧温度对热力型氮氧化物生成有决定性的作用，当燃烧温度低于1500℃时，氮氧化物的生成量很少，高于1500℃时，氮氧化物按指数规律迅速增加。凌钢回转窑使用焦炉煤气作为燃料，其理论燃烧温度在2000℃以上，该温度下N2与O2反应生成大量的NO。因此判断凌钢回转窑氮氧化物主要是高温热力型氮氧化物。

3  操作调整，降低氮氧化物排放

热力型氮氧化物的生成机理由Zeldovich于1964年提出，其生成是在高温下由氧原子撞击氮分子而发生反应的结果，因此其主要影响因素是温度和空气过剩系数[3]。因此，在操作上采取了适当降低焙烧温度和一次助燃风量的措施，逐渐将一次助燃风量由7000/h降低到6200m3/h。调整后，NOx排放浓度略有降低，基本控制在240～290mg/Nm3，能够满足环保排放要求，但却造成回转窑整个系统温度降低，预热二段温度由原1020℃左右逐渐降低到980℃左右。不但使生球干燥、预热和焙烧效果变差，回转窑球团矿产量降低、质量变差，而且使回转窑窑体耐材表面结圈加剧，耐火材料使用寿命降低，对回转窑长期稳定运行带来不利影响。

4  采用低氮燃烧器技术改造

在采取降低焙烧温度措施的同时，为彻底治理氮氧化物排放问题，根据氮氧化物产生机理及焦炉煤气理论燃烧温度高的实际情况，为降低燃烧火焰温度，减少热力型氮氧化物产生量，又在回转窑燃烧器燃料种类及结构方面进行改进，具体如下：

4.1  混烧部分高炉煤气，降低火焰温度

焦炉煤气理论燃烧温度可达2000℃以上，而高炉煤气的理论燃烧温度约为1450℃，当混烧以上两种煤气时，理论燃烧温度势必降低，有利于热力型氮氧化物的降低。因此，在对煤气及各风机能力进行理论核算后，将燃烧器由单烧焦炉煤气改为烧焦炉和高炉两种煤气，其中设计焦炉煤气用量在8000~10000Nm3/h，高炉煤气用量在8000~9000Nm3/h。

4.2  优化燃烧器结构及特点

在确定混烧焦炉和高炉煤气后，又对燃烧器结构进行优化。结构优化后，由原四通道改为五通道，具有以下特点:

(1) 降低氮氧化物生成量。针对性的设计五通道气、气混烧燃烧器，不但可满足工艺焙烧温度，而且煤气和一次助燃风及二次助燃风混合良好，拢烟罩形成的碗状效应收拢火焰，使煤气燃烧火焰状态稳定、形状规整，不产生高温峰值和局部高温，火焰温度分度均匀合理，从而减少热力型氮氧化物的生成量。

（2）煤气燃尽率高，节能降耗。拢烟罩形成的碗状效应收拢火焰，以及旋流风通过旋流钝体形成内回流，使煤气和热空气得到良好的混合，再通过调节轴流风和旋流风比例，以及出口速度匹配，可实现较高的燃尽率，提高窑的热力强度，降低热耗。

（3）减缓结圈。火焰不扫窑衬，不舔料，物料受热均匀，延长窑内结圈周期。即使产生结圈，也可通过调节火焰高温区长短以及采用冷热交替法缓解或解决结圈带来的工艺影响。

（4）在线调节灵活，工艺适应性强。不但可调节各助燃风通道的风量匹配比例，而且还可通过波纹补偿器调节轴流风和旋流风出口截面积，进而得到不同的气流流场，使火焰调节更加明显，范围更宽。

以上方案通过华中科技大学的实验室仿真计算分析及实际经验，能够达到在保证球团矿产质量的前提下，氮氧化物排放浓度降低至排放标准300mg/Nm3以下。

5  改造效果及效益

2018年9月中旬进行了技术改造，新型低氮燃烧器顺利上线试用，燃烧器火焰燃烧状态明显改善，由改造前的发散、飘逸变为稳定、形状规整，焙烧温度恢复到正常水平，球团矿产量提高，氮氧化物排放浓度显著降低。  

改造后，氮氧化物浓度降低，已不再是产量的制约性因素。球团矿产量有较大提升空间，按日增产459吨计算，年降低球团矿固定费用约500万元，减缓回转窑结圈、延长耐火材料使用寿命，具有显著的经济效益。同时，氮氧化物排放浓度降低，减少对大气的污染，具有显著的环保效益。

6  结语

凌钢回转窑采用高焦混合煤气及新型气体低氮燃烧器，降低氮氧化物排放浓度，攻克了回转窑氮氧化物排放超标制约生产的难题，是国内200万吨回转窑低氮生产技术的一次重大创新，具有显著的经济效益和环保效益。

7  参考文献

[1]GB28662-2012，《钢铁烧结球团工业大气污染物排放标准》.中国环境科学出版社，2012

[2]吴碧君，《燃烧过程中氮氧化物的生产机理》，电力环境保护，2003年.第19卷，第4期

[3]姜涌等，《热力型NOx的抑制》，电站系统工程，2005年.第21卷第2期