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水泥分解炉中CO还原NO试验研究

洁净煤技术 2020年第5期26卷 64-69页

作者：李森方立军孙立超赵砣中国科学院力学研究所高温气体动力学国家重点实验室北京100190 华北电力大学能源动力与机械工程学院河北保定071003

水泥窑炉是典型的高污染排放的工业窑炉,水泥行业已成为第三大氮氧化物排放源。目前,国内外对燃料分级技术在电站锅炉上的应用进行了大量研究,而对水泥窑炉上应用燃料技术涉及较少。针对水泥分解炉高钙环境分级燃烧特点,在流化床反应器... 详细信息

水泥窑炉是典型的高污染排放的工业窑炉,水泥行业已成为第三大氮氧化物排放源。目前,国内外对燃料分级技术在电站锅炉上的应用进行了大量研究,而对水泥窑炉上应用燃料技术涉及较少。针对水泥分解炉高钙环境分级燃烧特点,在流化床反应器上开展了还原气体CO脱除NO的试验研究,研究了CO浓度、CaO和温度对CO脱硝过程的影响机制,采用一维柱塞流反应器模拟分析了CO还原NO反应路径。研究结果表明:CO在还原气氛中具有较强的脱硝作用,CO体积分数对脱硝具有较大影响,随着CO浓度增加,脱硝效率提高;随CO浓度提升可有效降低NO排放,当CO浓度由1%增加到5%,NO脱除效率提高了37.8%;CO脱硝过程中产生NH和H等中间产物,NH和H对CO还原NO具有重要作用;HCN可吸附于CaO表面并与CaO反应,在还原气氛中,NH3吸附到—CaO表面并发生反应生成Ca(N),最终生成N 2。NO主要通过4条路径被还原为N 2,其中NO→N 2 O→N 2和NO→HNO→NH→N 2为最主要反应路径。在试验温度范围内,温度升高促进了CO还原脱硝;CaO对CO脱硝具有较强的正催化作用,且在850~1050℃,CaO均具有催化作用。CO体积分数为4%、温度大于900℃时,CO脱硝效率明显提高,说明在高温区域,CaO具有显著的催化作用;在1050℃,脱硝效率提高7.56%。

关键词：水泥分解炉 CO CaO NO还原

水泥分解炉高温预热燃料燃烧耦合窑气NO还原数值研究

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水泥分解炉高温预热燃料燃烧耦合窑气NO还原数值研究

作者：石朝亭中国科学院大学(中国科学院工程热物理研究所)

学位级别：硕士

我国水泥行业产量大,能耗高,污染物排放高,已成为我国继电力和交通行业之后的第三大NOx排放源。水泥工业低NOx排放控制技术是保证其可持续发展的重要前提,但随着环保压力的不断增大,现有技术已难以满足日益严苛的NOx排放标准。针对现有... 详细信息

我国水泥行业产量大,能耗高,污染物排放高,已成为我国继电力和交通行业之后的第三大NOx排放源。水泥工业低NOx排放控制技术是保证其可持续发展的重要前提,但随着环保压力的不断增大,现有技术已难以满足日益严苛的NOx排放标准。针对现有脱硝技术面临的瓶颈难题,中国科学院工程热物理研究所循环流化床实验室团队提出了适用于燃煤水泥窑炉的原位还原脱硝技术。该技术通过煤粉的预处理过程产生包含煤气和半焦的高温预热燃料,并将高温预热燃料送入分解炉,使其在空气分级条件下进行燃烧,同时对窑气中的NO进行还原。该技术的可行性和有效性已经得到试验验证,但相关研究主要聚焦于前端煤粉预处理过程对NOx排放的影响,而对高温预热燃料在后端分解炉内的燃烧特性及相关因素对窑气NO还原特性的影响规律研究不足。为此,本文以试验装置中的分解炉为研究对象,采用CFD方法对高温预热燃料燃烧耦合窑气NO还原过程进行数值研究,以期揭示相关因素的影响规律,为原位还原脱硝技术的工程应用及优化设计奠定理论基础。本文采用RNG k-ε模型计算炉内气相湍流,采用DPM模型计算炉内离散相颗粒运动轨迹,采用有限速率/涡耗散模型计算燃料燃烧与生料分解过程,采用P-1模型计算炉内辐射换热;对于燃料燃烧过程中挥发分析出、燃烧及焦碳颗粒燃尽过程,分别采用两步竞争速率模型和多表面反应模型进行计算,待完成燃烧计算后,采用后处理的方式对炉内NOx的生成与还原进行计算。通过对比分解炉沿程温度分布和NOx排放的模拟与试验数据,上述模型的可靠性和准确性得到验证。在此基础上,本文首先对比分析了煤粉与高温预热燃料在分解炉内燃烧过程的异同。由于特殊的分解炉结构,两种燃料燃烧过程中,炉内流场均呈现出内部核心区流体速度大且旋流趋势弱、靠近壁面环形区域气流速度小且旋流趋势强的结构。相对煤粉,高温预热燃料燃烧时分解炉下段旋流趋势更明显,半焦颗粒运动轨迹更集中且更靠近壁面,同时分解炉下段高温区域范围较大,O2浓度较低且呈局部小区域分散式分布,CO浓度较高且靠近壁面的局部分布区域范围较大。相对煤粉,高温预热燃料燃烧过程产生的NOx浓度降低了 83.6%,窑气中NO的还原率相对提高了 22%。本文接着在不考虑生料的条件下探究了窑气NO初始浓度、窑气O2含量、空气分级方案、三次风1位置及过量空气系数等因素对分解炉内高温预热燃料燃烧耦合窑气NO还原过程的影响。结果显示,分解炉NOx排放浓度随窑气NO初始浓度线性增加,而NO的还原率基本不变。当窑气O2含量超过4%时,其对NO还原的抑制作用增强,超过5%时,其对NOx生成的促进作用增强。空气分级在分解炉内建立的还原区较大时才能够有显著的减排效果,在还原区大小以及还原区位置相同的情况下,氧化区采用空气分级也可以抑制NOx的产生,促进NO的还原。四级空气分级方案条件下,三次风1入口位置位于高温预热燃料上方有助于减少NOx生成,促进NO的还原,当三次风1无量纲位置Y*TA-I-=0.6时,NOx排放浓度最低,为31.19 mg/m3,NO的还原率最高,为97.14%;在此基础上,三次风1空气过量系数较大时,由三次风1速度变化引起的炉内流场、组分浓度分布的改变,可对NO还原起到更为显著的促进作用。进一步,在生料存在条件下,探究了生料分解和投入位置对高温预热燃料燃烧耦合窑气NO还原过程的影响。结果表明,当生料入口位置YCRM=0 m时,生料的加入可使高温预热燃料燃烧过程产生的NOx浓度降低26.91%,使NO的还原率相对提高4.0%。随着生料入口位置在Y=-0.6 m～0.6 m范围内上移,分解炉NOx排放浓度及生料分解率逐渐降低,而NO的还原率逐渐增大,当生料入口无量纲位置Y*CRM=1.6时,可同时保证较低的氮氧化物排放浓度及较高的生料分解率,此时分解炉NOx排放浓度为31.18 mg/m3,生料的分解率为92.63%。最后,本文以2500t/d实际分解炉为例,对比了采用原位还原脱硝技术及两级空气分级方案前后,分解炉氮氧化物排放水平、生料分解率及燃料燃尽率的变化,发现在不喷氨前提下,原位还原脱硝技术可以使分解炉NOx排放浓度降低66.59%,在此基础上,采用两级空气分级方案可使分解炉NOx排放浓度基本达到水泥工业NOx超低排放水平,但生料分解率和燃料燃尽率均有所降低。

关键词：水泥分解炉高温预热燃料脱硝 NOx生成 NO还原

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水泥分解炉内替代燃料燃烧特性的数值模拟

水泥分解炉内替代燃料燃烧特性的数值模拟

作者：孙雍春安徽工业大学

学位级别：硕士

现今水泥行业普遍采用新型干法生产工艺,分解炉作为工艺中重要的设备之一,成为节能减排的主要对象。在能源紧缺及环境污染的背景下,为水泥分解炉寻找清洁可替代燃料以降低企业成本及污染排放具有重要意义。本研究采用数值模拟的方法研... 详细信息

现今水泥行业普遍采用新型干法生产工艺,分解炉作为工艺中重要的设备之一,成为节能减排的主要对象。在能源紧缺及环境污染的背景下,为水泥分解炉寻找清洁可替代燃料以降低企业成本及污染排放具有重要意义。本研究采用数值模拟的方法研究替代燃料生物质和RDF在水泥分解炉内燃烧特性及污染物排放,为水泥行业在分解炉中使用替代燃料技术提出参考。本文以某市运行的TTF型分解炉为对象,先采用Gambit软件对分解炉进行三维物理建模,并构建网格;接着在模拟软件中选取:模拟分解炉内流体的湍流运动的标准K-?双方程模型,模拟燃料及生料的输运及化学反应过程的通用有限速率模型,模拟单个颗粒轨迹的DPM模型,模拟燃料燃烧所使用的单步竞争模型和动力学/扩散模型,模拟辐射传热的DO模型,进行数值求解计算;最后通过各个工况中流场分布、温度场分布、浓度场分布、CaCO和CaO分布以及污染物NO排放的差异来分析分解炉使用替代燃料对炉内燃料燃烧和生料分解的影响,主要结论如下:(1)流场上煤粉和替代燃料生物质、RDF三种工况均分布稳定并相似,炉内主流大小有区别,煤粉、生物质及RDF工况下出口流速依次为:16.73 m/s、16.83 m/s、17.68m/s。(2)温度场布局相似,三种工况在炉底锥体部分和第一缩口处差别较大;分解炉往上温度整体处于下降,从1600K下降至1200K的温度区间;煤粉、生物质及RDF工况下分解炉平均温度依次:1476K、1442K、1433K,燃料是煤粉时分解炉内平均温度最高,RDF燃料最低;出口温度依次为1272K、1295K、1277K,生物质作燃料时,烟气出口温度最高。(3)炉内O分布由于三次风量的不同,在第一炉段处三种工况区别较大,平均含量高低依次为RDF、煤粉、生物质,在分解炉上面两个炉体O含量基本不变,且由于燃烧程度的不同出口O含量煤粉、生物质、RDF工况下依次为:2.2%、1.0%、2.8%;CO含量往上呈现富集趋势,在燃烧剧烈及生料分解的地方产生大量CO,出口烟气中CO含量依次为:29.31%、31.20%、28.05%。CO气体则主要存在于第一炉段处,在底部锥体区域不完全燃烧产生以及第二层燃烧器附近燃烧产生。(4)煤粉、生物质及RDF工况下燃料燃烬率依次为:96.7%、98.3%、95.4%,说明分解炉内生物质燃烧最为完全,煤粉对比可知当过量空气系数从1.05调整到1.12时,燃烬率升高;三种工况下生料分解率依次为:97.05%、97.72%、96.60%,说明当使用生物质作为燃料时能分解更多的生料,并且分解率和燃料燃烬率有正比关系。(5)在不通入窑气NO情况下,煤粉、生物质及RDF产生的NO排放依次为:303ppm、263ppm、109ppm,煤粉在分解炉内产生最多含量的NO;在通入窑气NO情况下,出口NO含量依次为:443ppm、412ppm、223ppm,考虑分解炉使用燃料自身产生的NO时,则三种工况下的NO还原率依次为:72.36%、73.64%、84.17%,说明TTF型水泥分解炉的燃料分级结构有明显降NO效果,分解炉内使用RDF替代燃料则有最大还原促进作用。

关键词：数值模拟水泥分解炉替代燃料煤粉生物质 RDF 氮氧化物

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水泥分解炉NOx脱除机制研究

水泥分解炉NOx脱除机制研究

作者：孙立超华北电力大学

学位级别：硕士

目前,我国2000-5000 t/d的新型干法水泥生产线上的NO排放浓度普遍高于850 mg/Nm,导致水泥行业成为我国第三大氮氧化物排放源。而我国现行国标规定水泥行业NO排放浓度不超过400 mg/Nm,因此水泥行业面临重要的NO脱除问题。分级燃烧和SNCR... 详细信息

目前,我国2000-5000 t/d的新型干法水泥生产线上的NO排放浓度普遍高于850 mg/Nm,导致水泥行业成为我国第三大氮氧化物排放源。而我国现行国标规定水泥行业NO排放浓度不超过400 mg/Nm,因此水泥行业面临重要的NO脱除问题。分级燃烧和SNCR技术被认为是经济有效的脱硝方式,在电站锅炉得到广泛应用,但在水泥分解炉中应用较少且脱硝效率低。因为水泥分解炉中含有高浓度钙基物质(尤其是CaO)和高浓度CO,其可能对分级燃烧和SNCR技术的应用产生影响,因此在高CaO和高浓度CO气氛中开展CO和NH还原NO研究具有重要的学术意义和工程应用价值。利用高温流化床反应器,开展了不同条件下CO和NH还原NO的研究,并利用德国芬兰公司生产的Gasmet DX-4000型FTIR烟气分析仪对烟气成分进行在线分析测量,研究了CaO、CO浓度、O浓度、温度对CO和NH还原NO以及NO产生量的影响,为水泥分解炉中应用分级燃烧和SNCR技术提供了理论依据。一方面,探讨在CO、N、NO等烟气组分下,CaO、CO浓度和温度对CO还原NO以及NO释放量的影响。试验结果表明:CaO对CO还原NO具有正催化作用,且有利于抑制NO的生成,温度升高致使CaO的催化作用增强,CO浓度增加促进NO的脱除,在分解炉中应用分级燃烧可以有效降低NO的排放。另一方面,探讨在CO、N、NO、O等烟气组分下,CaO、CO浓度、O浓度和温度对NH还原NO以及NO释放量的影响。试验结果表明:CaO对NH还原NO和NO的产生具有明显的抑制作用,高CO浓度(>25%)不利于SNCR技术的应用,O浓度增加导致最佳脱硝温度向低温区域移动大约50C。因此,在分解炉中应用SNCR技术时需组织合理的工况。

关键词：水泥分解炉 NOx脱除 CO SNCR NH3

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水泥分解炉掺烧干污泥对NO_x排放的影响

环境工程学报 2015年第4期9卷 1911-1915页

作者：刘定平黄群亮华南理工大学能源高效清洁利用广东普通高校重点实验室广州510640

针对水泥窑炉NOx排放问题,提出了在分解炉上采用掺烧干污泥对烟气进行脱硝的方法。通过在水泥分解炉进行实验,研究了掺烧干污泥对NOx的影响。实验表明,在保持CO浓度和含氧量在一定范围内相对不变的条件下,NOx浓度随着干污泥掺烧量增加... 详细信息

针对水泥窑炉NOx排放问题,提出了在分解炉上采用掺烧干污泥对烟气进行脱硝的方法。通过在水泥分解炉进行实验,研究了掺烧干污泥对NOx的影响。实验表明,在保持CO浓度和含氧量在一定范围内相对不变的条件下,NOx浓度随着干污泥掺烧量增加而减少。在保持干污泥掺烧量、CO浓度在一定范围内相对不变的情况下,NOx排放浓度随着含氧量的增加而增加,表明在富氧环境下,NOx比较容易生成。在保持干污泥掺烧量、含氧量不变的情况下,NOx排放浓度随着CO浓度的增加而减少,说明在高温环境下,干污泥暴露在烟气中的碳不断与氧反应,加快了干污泥活性炭化的进程,并促使NOx不断被吸附。同时,NOx生成所需的氧被碳原子掠夺,从而使CO浓度增加,并抑制了NOx的生成。

关键词：水泥分解炉掺烧干污泥脱硝物理吸附

水泥分解炉出口温度的自适应多维泰勒网控制研究

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水泥分解炉出口温度的自适应多维泰勒网控制研究

作者：余林威东南大学

学位级别：硕士

水泥广泛应用于各类建筑设施的改造或者新建,就普遍性和适用性来说,其作用无法替代。水泥分解炉是新型干法水泥生产线中承担生料分解任务的关键高温热工设备,结构机理及物理化学反应复杂,具有多变量、纯滞后、强耦合、不确定性及非线性... 详细信息

水泥广泛应用于各类建筑设施的改造或者新建,就普遍性和适用性来说,其作用无法替代。水泥分解炉是新型干法水泥生产线中承担生料分解任务的关键高温热工设备,结构机理及物理化学反应复杂,具有多变量、纯滞后、强耦合、不确定性及非线性等特征。传统的人工操作控制或PID控制,难以实现水泥分解炉出口温度的严格控制,因此,为提高水泥质量、节能提产、减少环境污染,实现绿色转型,推动水泥行业生态文明与工业文明相和谐,需要对出口温度控制策略进行深入研究和革新尝试。本文以水泥分解炉为研究对象,提出了基于自适应多维泰勒网控制的出口温度控制方法,并与PID优化控制和自适应BP神经网络PID控制相比较,对仿真结果进行全面分析,总结出三者控制性能的差异。主要工作罗列如下:1.阐述中国近年水泥产量的变化趋势,接着详细介绍了新型干法水泥生产及分解炉的发展和工艺流程等,突出课题研究的重要性。2.水泥分解炉出口温度数学模型建立。结合实际课题条件展开建模分析,确定分解炉温度主要影响因素,设计数学模型结构为多输入单输出含时滞的数据驱动形式。采用互相关法辨识模型时滞参数,然后基于递归最小二乘法辨识剩余模型参数,并验证了该辨识组合策略的预测精度。3.控制器设计。本文控制方法采用基于改进单纯形法的PID优化控制、自适应BP神经网络PID控制及自适应多维泰勒网控制。为提高PID参数的实时性,与BP神经网络算法相结合。重点推导和论述自适应多维泰勒网控制的算法原理及结构形式,设计的控制器可在线更新网络权值系数,优化了控制性能。4.仿真系统设计。建立水泥分解炉出口温度控制的仿真系统,进行给定温度值仿真实验、干扰条件下仿真实验和模型参数改变仿真实验。基于MATLAB GUI设计分解炉出口温度控制系统仿真平台图形用户界面,实现各仿真对比实验的集成和用户友好交互。比较分析各控制器性能,仿真结果表明大部分情况下自适应多维泰勒网控制适应能力最好,抗干扰能力最强,鲁棒性最突出,自适应BP神经网络PID控制次之,PID优化控制相较而言最差。

关键词：水泥分解炉温度控制互相关法自适应多维泰勒网控制 MATLAB

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水泥分解炉CO脱硝实验及机理研究

水泥分解炉CO脱硝实验及机理研究

作者：戎旭华北电力大学

学位级别：硕士

我国作为全世界水泥生产消费大国,拥有1800多条新型干法水泥生产线,NO排放浓度普遍超过850 mg/Nm,由水泥炉窑产生的NO已成为我国除电力、机动车外的第三大NO排放源,造成了严重的环境污染。水泥炉窑中的NO主要是由燃料燃烧产生,其中约有... 详细信息

我国作为全世界水泥生产消费大国,拥有1800多条新型干法水泥生产线,NO排放浓度普遍超过850 mg/Nm,由水泥炉窑产生的NO已成为我国除电力、机动车外的第三大NO排放源,造成了严重的环境污染。水泥炉窑中的NO主要是由燃料燃烧产生,其中约有60%的燃料是在分解炉中燃烧的,因此针对水泥分解炉进行脱硝技术的研究具有十分重要的意义。水泥分解炉中含有高浓度钙基物质(主要是CaO)和高浓度CO,且由于分级燃烧技术的应用存在还原气氛(主要是CO)。为此,研究水泥分解炉中高浓度CaO/CO环境下的CO脱硝效率影响因素和脱硝机理,对于有效降低分解炉NO排放具有重要的科学意义和工程应用价值。本论文首先利用高温流化床反应器模拟水泥分解炉进行实验,研究了CaO、CO浓度、CO浓度对脱硝效率的影响,结果表明CaO可以催化CO还原NO,CO会抑制CO还原NO,而CO浓升高可提高NO的还原率。此外,还发现随着CO浓度升高或反应时间增长,CaO的催化活性会降低。然后依据实验结果,通过分子动力学模拟具体研究了CO、CO和NO在CaO表面的吸附过程和反应过程。根据三种气体在CaO表面的化学吸附能大小顺序:CO(-1.869eV)>NO(-0.781eV)>CO(-0.669eV),解释了CO抑制NO还原率和降低CaO催化活性的现象。根据反应能垒的计算结果:CaO表面CO脱硝(2.06eV)<无CaO存在时CO脱硝(10.84eV),验证了CaO可以催化CO还原NO。最后结合表征检测技术和原味红外实验研究了CaO催化还原NO的微观反应机理。结果表明,CO和NO在CaO表面的催化还原反应机理本质上是依靠氧空位进行的氧原子转移过程,即CO在CaO表面夺氧而形成氧空位,迫使NO中的O原子补充氧空位,从而使失去O的NO转换为氮气、硝酸盐等形式存在。

关键词：水泥分解炉一氧化碳脱硝反应机理分子动力学

水泥分解炉内O2/CO2气氛下生料分解特性实验研究

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水泥分解炉内O2/CO2气氛下生料分解特性实验研究

作者：黄秋雄华南理工大学

学位级别：硕士

水泥工业CO2排放量逐渐增加，现已成为仅次于电力行业的CO2的工业排放源，水泥工业CO2的减排是国家乃至世界控制温室气体排放的战略任务。在水泥生产过程中，由于其燃料燃烧和生料分解会产生CO2浓度高于燃煤电站锅炉的烟气排放，采用O2/... 详细信息

水泥工业CO2排放量逐渐增加，现已成为仅次于电力行业的CO2的工业排放源，水泥工业CO2的减排是国家乃至世界控制温室气体排放的战略任务。在水泥生产过程中，由于其燃料燃烧和生料分解会产生CO2浓度高于燃煤电站锅炉的烟气排放，采用O2/CO2燃烧技术减少CO2排放的方法具有潜在的的发展前景。O2/CO2燃烧是先将空气中的O2分离出来，再将其与含大量高浓度CO2的再循环烟气混合参与燃烧，从而形成O2/CO2燃烧氛围，并且可以获得高CO2浓度的窑尾烟气（可达95%以上），这样几乎不需要分离即可直接进行利用和封存。然而，采用CO2代替N2后，烟气的辐射特性、对流换热特性、比热容都发生了较大变化，对炉内温度分布、煤粉燃烧特性、生料分解都会产生较大影响。本论文采用热重分析仪对水泥生料在O2/CO2气氛下进行实验，寻求在O2/CO2气氛下与传统的空气气氛条件下的生料分解特性的差异，实验结果表明，生料在O2/CO2气氛下的分解特性明显异于传统的空气气氛，其分解曲线向高温区域移动;并且在O2/CO2气氛下，随着CO2浓度的增加，生料的分解曲线也向高温区域移动。然后，研究了生料的配合物（SiO2、Al2O3和Fe2O3）对生料主要成分CaCO3分解的影响。研究表明，在空气和O2/CO2气氛下，SiO2对CaCO3都存在抑制作用，但是SiO2对CaCO3的抑制作用在O2/CO2气氛下比空气气氛的更强;Al2O3对CaCO3在空气气氛下存在微弱的促进作用，而在O2/CO2气氛下却存在较强的抑制作用;在空气和O2/CO2气氛下，Fe2O3对CaCO3都存在微弱的抑制作用。最后，对煤粉和生料的耦合作用进行初步的研究，首先对煤粉进行热重分析，结果表明，在空气气氛下，煤粉的燃烧特性会比同样比例的O2/CO2气氛下的燃烧性能差。在O2/CO2气氛中随着O2浓度的增加，煤粉的燃烧性能会更好。在生料与煤粉耦合方面，在本文研究的物料条件和实验条件下，生料分解和煤粉燃烧处于不同的温度区间，生料A对煤粉A和煤粉B的燃烧有促进作用;但是，煤粉A或煤粉B除了提供生料A分解所需的能量外，没有对其产生其他影响。

关键词：水泥分解炉 O2/CO2燃烧生料分解煤粉燃烧

水泥分解炉内流场和SNCR脱硝工艺的数值模拟

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水泥分解炉内流场和SNCR脱硝工艺的数值模拟

作者：蔡鑫清华大学

学位级别：硕士

随着我国大气污染联防联控工作的开展及水泥行业NOx排放标准的逐步严苛，分解炉内采用SNCR脱硝技术因其可行性和有效性得到越来越多的重视和推广。由于分解炉内的流场分布是研究脱硝工艺的基础，本文采用计算流体力学方法以典型分解炉... 详细信息

随着我国大气污染联防联控工作的开展及水泥行业NOx排放标准的逐步严苛，分解炉内采用SNCR脱硝技术因其可行性和有效性得到越来越多的重视和推广。由于分解炉内的流场分布是研究脱硝工艺的基础，本文采用计算流体力学方法以典型分解炉为研究对象进行数值模拟，在研究分解炉冷热态流场分布、温度场、NOx分布情况的基础上对SNCR脱硝反应进行模拟，考查多种因素对脱硝反应的影响并进行优化设计，为水泥行业脱硝技术的推广提供一定的理论支持，并对已采用该技术的水泥厂进行优化设计和运行提供依据，从而有效降低我国水泥行业NOx排放。通过对分解炉进行冷态模拟并根据原炉中流场分布存在的问题，提出三种改进方案，模拟分析改进后分解炉的流场分布及改进作用，结论如下：该类型分解炉内气流运动形式以双喷腾效应为主，部分区域伴有涡旋。单一三次风进口的不对称结构导致炉内速度场分布不均匀，物料分散性不好。结构改进后，单一偏心三次风结构的分解炉内喷腾和旋流效应共存，对称偏移三次风结构的分解炉内流动以旋流为主，对称正向三次风结构的分解炉内流动以喷腾为主。对称偏移三次风结构的改进方案更有利于物料在分解炉内的均匀分散。通过对原分解炉进行热态模拟得出：炉内温度分布不均匀，存在高温区和低温区。炉内各组分在下部缩口、生料和煤粉进口处分布复杂，在炉体中上部分布均匀。炉内NO主要分布在高温区，回转窑中带入的NO对分解炉内的NO分布趋势影响较小，对NO浓度有一定的贡献作用。随着进口NO浓度的增加贡献值增大，当窑尾烟气进口NO浓度为800ppm时，分解炉出口NO浓度为813ppm，与实际测量值较为接近。通过对SNCR脱硝反应模拟分析得出：喷嘴安装高度、氨氮比、喷枪深入炉内距离和喷嘴个数四个因素对脱硝率影响较大。喷嘴适宜安装在柱体上部23-30m范围内，氨氮比在1-1.4之间，适宜采用贴壁式安装方式，在适度范围内可通过增加喷嘴个数提高脱硝率。喷射速度、喷射角度、还原剂粒径对脱硝率影响较小。

关键词：水泥分解炉 NOx 选择性非催化还原数值模拟