分解炉RDF与煤多级燃烧N的迁移转化及NOx控制研究

On the background of utilizing refuse derived fuel and using staged coal combustion in precalciner of cement industry, The migration and transformation mechanism of N and control methods of nitrogen oxides will be studied. By analyzing the factors affecting volatile -N and coke -N to NO or N2 transformation, the control mechanisms preventing fuel-NOx formation and inducing selective conversion of N2 will be obtained. By studying the influence on the transformation process of volatiles and char on the "input type NOx" of environmental factors in precalciner, the way to promote "input type NOx" being restored will be informed. By using multistage combustion of RDF and pulverized coal in the suspending furnace the formation and control law of NOx will be explored.The interactive generation and transformation mechanism within "imported NOx", "fuel type NOx" and "heat-type NOx" will be analysed out by numerical simulations of multistage combustion of RDF and coal in precalciner, ultimately revealing the reaction mechanism and reduction control of nitrogen oxides by using multistage combustion of RDF and coal in precalciner. The research will not only complement the mechanism of NOx formation and transformation with co-combustion of RDF and coal in precalciner, but also provide important theoretical basis for the NOx reduction control in cement industry by using multistage combustion of RDF and coal in precalciner.

针对分解炉中处置垃圾衍生燃料（RDF）与煤粉分级燃烧减排NOx相结合的关键技术需要，提出RDF与煤粉多级燃烧时N的迁移转化机理及NOx减排控制研究。通过对影响挥发份-N和焦炭—N向NO或者N2转化的因素进行分析，获得阻止NOx生成及诱导N2选择性转化的控制机制，掌握控制“燃料型NOx”生成的途径；通过研究分解炉环境因素在挥发份和焦炭对“输入型NOx”进行还原转化过程中的影响规律，获悉促进“输入型NOx”被还原的途径；通过悬浮炉燃烧实验探究RDF与煤粉多级燃烧NOx的生成及控制规律；通过数值模拟，综合分析“燃料型NOx”与“输入型NOx”的交互生成与转化机理及受环境因素的影响规律，最终揭示分解炉内RDF与煤粉多级燃烧NOx的生成机理及控制方法。项目的研究将补充分解炉环境下RDF/煤粉共燃时NOx的生成和转化机理，而且在实践中将对实现分解炉中RDF与煤粉多级燃烧减排NOx提供重要的理论依据。

水泥工业是耗能大户，同时也是氮氧化物（NOx）的主要来源之一。将垃圾衍生燃料（RDF）作为一种可替代燃料应用于干法水泥分解炉中，具有节能减氮的双重效果，已成为世界先进水泥生产技术的重要发展趋势。然而，煤粉与RDF的燃烧特性存在很大差异，当两者共燃时，势必会对分解炉的温度制度及NOx释放情况带来一定的影响，鉴于此，探明分解炉中煤与RDF共燃时燃料的燃烧特性及NOx的生成与被还原机理，成为解决分解炉中煤与RDF共燃协同减排NOx的关键问题。. 本项目采用实验研究与CFD数值模拟相结合的技术手段开展了以下研究工作。①燃料热解、裂解实验结果表明，与无烟煤相比，烟煤在裂解过程中释放出了更多了的链状CH化合物更多，反应活性更高，更容易对NOx进行还原转化；RDF的热解产物主要是活性更高的链状碳氢化合物以及还原性极强的N2H4，容易捕捉氧形成氮气使得转化成为NOx的氮更少。② 双管式炉高温静态实验研究结果表明，煤粉燃烧过程中先后形成了挥发分型NOx和固定碳型NOx，一般来说温度越高固定碳型NOx的峰值越高；与烟煤相比，无烟煤中CO主要为固定碳型CO，挥发分型CO的含量较低，最终使得无烟煤燃烧时NOx的转化率比烟煤高；RDF以挥发分燃烧为主，其着火温度低，燃烬时间短；RDF与煤混合后燃烧过程在反应前期体现为加和作用，在反应后期体现为协同作用，可以有效地促进煤粉的着火燃烧，并降低NOx的生成量。③悬浮炉高温动态实验结果表明，燃烧温度在1000℃时，CO与NOx还原反应开始发生，有利于降低氮氧化物的生成量；在保证煤粉充分燃烧的前提下，采用氧气浓度为18%的燃烧环境有利于降低NOx的生成量；RDF的加入可以有效降低NOx的生成量。④分解炉NOx减排研究的CFD数值模拟结果表明，在分解炉靠近壁面的合适位置设置两个煤粉分级燃烧分煤口，且分煤50%时减排效果最佳；将RDF入口设置在涡流室上部、远离三次风口的合适位置，且加入RDF的比例不大于50%时为煤与RDF协同减排NOx的优化方案。本项目的研究结果对于水泥生产过程中NOx的减排控制具有重要的理论借鉴意义及实际生产指导价值。