楊仁廣 尹麗萍 鄭旺 郭騰云

中材建設(shè)有限公司（100176）

水泥生料對燃料型NOx生成的影響

楊仁廣 尹麗萍 鄭旺 郭騰云

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水泥生料對燃料型NOx排放綜合作用的結(jié)果是促進(jìn)NOx排放。在900℃條件下，水泥生料會促進(jìn)燃料型NOx的生成。水泥生料礦物組分對燃料型NOx促進(jìn)作用由大至小依次為CaO＞MgO＞Al2O3。而惰性組分SiO2則因覆蓋燃料延緩熱傳遞而使NOx排放降低?？傊嘣蠈Ox綜合作用的結(jié)果是促進(jìn)NOx排放。

水泥生料；礦物質(zhì)；燃料型氮氧化物

0 前言

分解爐中除了水泥燃料的燃燒外，還存在著水泥原料的分解過程。因而，礦物組分的分解與燃料燃燒過程有一定的耦合作用，水泥原料中的礦物組分會對燃料氮的氧化轉(zhuǎn)化行為產(chǎn)生一定的影響。通過系統(tǒng)研究水泥生料組分、礦物質(zhì)等對燃料型NOx的影響研究，為從源頭上采取相應(yīng)措施抑制燃料氮生成NOx提供理論支持。

1 水泥生料對燃料型氮氧化物形成的影響

在保持煤粉含氮量相同的情況下，將水泥生料分別放入900的快速升溫SJG-16管式電爐中鍛燒，并根據(jù)鍛燒情況加入水泥生料，檢測廢氣氮氧化物的排放濃度，結(jié)果如表1所示。

表1 水泥生料對燃料型氮氧化物形成的影響

表1試樣可見，水泥生料對所有煤樣燃燒過程中燃料型氮氧化物的生成有明顯的促進(jìn)作用。摻入水泥生料后，含氮量相同的煤樣在燃燒時所生成燃料型氮氧化物的排放量將大幅度增加。煤A燃燒時所形成的燃料型氮氧化物濃度由509 mg/m3增加至724 mg/m3，增幅達(dá)到42.2%；煤B、煤C分別由原來的488 mg/m3、443 mg/m3增漲到708 mg/m3、681 mg/ m3，分別增加了45.1%和57.3%?？梢?，生料的加入使煤氮氧化物的生成量增加，這是水泥生料所有礦物成分綜合作用的結(jié)果。

1.1 水泥生料組分

試驗(yàn)時水泥生料的礦物組分如表2所示。

表2 水泥生料組分

由表2可看出，水泥生料主要由鈣質(zhì)、硅質(zhì)等礦物質(zhì)組成，其中以鈣質(zhì)材料為主。但在水泥生料中鈣質(zhì)材料并不是以純CaO存在，而是碳酸鈣形式。

1.2 水泥生料對燃料型NOx影響

采用外摻法，保持相同的鈣基含量，在煤中分別摻入水泥生料、分析純碳酸鈣和分析純氧化鈣，機(jī)械混勻后，稱取混合樣并置于700℃、800℃和900℃溫度下鍛燒，分別檢測其煙氣氮氧化物濃度，試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1 水泥生料對燃料型NOx影響

由圖1可見，在700℃時，滲入水泥生料和碳酸鈣后對氮氧化物促進(jìn)作用影響很小，生成的燃料型NOx濃度與煤的基本相當(dāng)，而純CaO則能較大地促進(jìn)煤中燃料型NOx的生成。800℃時，分析純CaO的作用還是最明顯的，同時，水泥生料的促進(jìn)作用已開始體現(xiàn)出來，且影響比碳酸鈣的作用要大。當(dāng)溫度升高至900℃，水泥生料和碳酸鈣已能明顯地促進(jìn)燃料型NOx的生成，水泥生料的促進(jìn)作用已與CaO的作用相當(dāng)，但其影響作用要小于碳酸鈣的作用。因?yàn)樵?00℃時大部分純碳酸鈣已發(fā)生分解，所生成的CaO能夠促進(jìn)煤中氮氧化物的生成。而水泥生料中碳酸鈣雖也發(fā)生了分解，但受其他組分包裹覆蓋作用的影響，其對燃料氮釋放的促進(jìn)作用比純碳酸鈣弱。并且水泥生料各主要成分對煤燃料型氮氧化物生成所起的作用也會有所差異，其中有部分起到促進(jìn)作用，部分則起抑制作用。

2 礦物質(zhì)對原煤氮氧化物的影響

由于水泥生料的促進(jìn)作用是所有礦物組分綜合影響作用的結(jié)果，因此，采用分析純氧化鈣、氧化鋁、氧化鎂、二氧化硅及水泥熟料，單獨(dú)與煤混合燃料研究其對原燃料生成燃料型NOx的影響。試驗(yàn)時保持煤的質(zhì)量恒定，采用外摻入礦物質(zhì)，礦物質(zhì)的質(zhì)量分別是煤質(zhì)量的1%、3%、5%，將它們機(jī)械均勻后稱取混合樣置入爐內(nèi)鍛燒，并測定煙氣中氮氧化物濃度，結(jié)果如表3所示。

表3 礦物質(zhì)對原煤氮氧化物的影響

由表3可知，水泥生料中的CaO和MgO對氮氧化物生成都有促進(jìn)作用，兩者都會隨著外摻量的增加使氮氧化物排放濃度增大，CaO所起的作用更為明顯。而Al2O3化有促進(jìn)作用但作用相對較小，氮氧化物排放濃度基本保持不變。SiO2對煤中氮轉(zhuǎn)化為燃料型NOx沒有促進(jìn)作用，甚至當(dāng)增加摻入量時還起到抑制作用。

保持燃料用量及試驗(yàn)條件相同，在煤中摻入CaO燃燒，煙氣NOx的生成量將大幅度增加。未摻入CaO燃燒時，煙氣NOx的生成濃度為509 mg/m3，當(dāng)分別滲入3%、5%質(zhì)量的CaO后，NOx的生成濃度分別增長為589 mg/m3、639 mg/m3，即煙氣NOx的生成濃度分別提高了15.7%、25.5%。而MgO對煤中氮轉(zhuǎn)化為燃料型NOx影響作用小于CaO的作用，只有當(dāng)MgO摻量增加到5%時，氮氧化物濃度才增加了12.2%，幅度明顯小于CaO時的增加幅度?？梢奀aO對氮氧化物轉(zhuǎn)化起到主要作用。

另外，從圖2氮氧化物的瞬時排放曲線也可看出，氧化鈣和氧化鎂的摻入使氮氧化物峰值出現(xiàn)的時間延遲，但峰高和峰寬都增加。氧化鋁的與曲線煤的基本上重合，而二氧化硅的峰高和峰寬均小于煤樣。

圖2 氮氧化物排放曲線圖

3 礦物質(zhì)對脫灰煤氮氧化物的影響

在原煤中摻入礦物質(zhì)后，只是單方面增加某一礦物質(zhì)。而原煤中包含的其他礦物質(zhì)同樣也在起作用，所以此方法還是屬于一個綜合作用的結(jié)果。為更好地評價生料中礦物質(zhì)作用的大小，采用酸洗法脫除煤樣中所含礦物質(zhì)制備脫灰煤，首先配制含45%HCl，15%HF和40%水的混合溶液，以酸煤比為10(mL)：1(g)的比例，80℃進(jìn)行水浴加熱，約6 h后，冷卻至室溫，然后用去離子水洗至無氯離子存在。烘干后摻入分析純礦物質(zhì)，機(jī)械混會均勻，置入爐內(nèi)鍛燒并檢測煙氣中氮氧化物濃度。試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

表4 礦物質(zhì)對脫灰煤氮氧化物的影響

4 總結(jié)

綜上所述，水泥生料會明顯促進(jìn)燃料型NOx的生成。水泥生料礦物組分所起的促進(jìn)作用存在差異，其中石灰石分解后所形成新的CaO對NOx生成的促進(jìn)作用是所有組分中最顯著的，而SiO2則起到抑制作用。在分解爐中鍛燒時，水泥生料對原燃料中氮生成燃料型NOx的影響是所有礦物組分共同作用的結(jié)果。總的來看，水泥生料對燃料型NOx生成的促進(jìn)和抑制共同作用的結(jié)果是促進(jìn)作用效果大于抑制作用，結(jié)果是促進(jìn)了各種燃料型NOx的生成。