回转窑氮氧化物减排装置及方法分析

一、引言

回转窑作为钛白粉煅烧的核心设备，其运行过程中产生的氮氧化物是主要大气污染物之一，不仅加剧环境污染，还可能因与水反应生成酸性物质腐蚀设备。当前，传统回转窑多采用常温二次风和助燃风，导致窑内温度降低、能耗增加，且燃烧不充分加剧氮氧化物生成，难以满足日益严格的环保要求。因此，研发高效的回转窑氮氧化物减排装置及方法，对降低排放、提升能源利用效率具有重要意义。本文基于相关专利技术，分析减排装置的结构与工作机制，为回转窑氮氧化物控制提供参考[1]。

二、回转窑氮氧化物生成机理与现有问题

2.1 氮氧化物生成主要机理

回转窑中氮氧化物的生成主要源于高温热力型反应，即空气中的氮气在高温（通常超过 1500℃）下与氧气发生氧化反应，温度越高、反应时间越长，氮氧化物生成量越大。此外，氧浓度是关键影响因素，当燃烧过程中氧含量过高（如空气过剩），会为氮气氧化提供充足的反应物，进一步促进氮氧化物生成，尤其在钛白粉煅烧的高温燃烧室中，这一现象更为显著[2]。

2.2 现有回转窑氮氧化物减排技术局限性

现有回转窑多采用常温二次风和助燃风，直接通入窑内会降低燃烧室温度，为维持煅烧温度需消耗更多燃料，增加能耗的同时导致燃烧不充分。此外，常温空气氧含量较高，且助燃风量较大易造成空气过剩，加剧氮氧化物生成，煅烧后尾气氧含量一般为 15% 左右。同时，未处理的氮氧化物排放不仅污染环境，其与水反应生成的酸性物质还会腐蚀设备，缩短设备使用寿命，传统技术难以兼顾减排、节能与设备保护的需求[3]。

三、回转窑氮氧化物减排核心装置结构

3.1 装置整体组成

该减排装置主要由高温袋滤器、换热器、预混筒、旋转减速机构、旋转混合机构、活动式敲击机构及各类管道组成。高温袋滤器侧面设有进气口和出气口，出气口连接回气管，回气管下连烟气支管；换热器上有进气接头和空气进入接头，烟气支管接进气接头，换热器下有出气接头和空气排出接头，空气排出接头连空气管道[4]；空气管道另一端连旋转混合机构，旋转混合机构外有预混筒，预混筒背面连旋转减速机构，旋转减速机构上连烟气延伸管（接换热器出气接头），下连连接管；旋转混合机构上设有活动式敲击机构，预混筒通过中间管连天然气管道，天然气管道内套尾气管道，尾气管道接高温袋滤器的进气口。

3.2 关键部件功能与连接关系

高温袋滤器用于过滤回转窑排出的煅烧尾气，其进气口通过尾气管道接收尾气，过滤后的尾气一部分经出气口、回气管排出，另一部分经烟气支管进入换热器；换热器通过进气接头接收高温尾气，同时通过空气进入接头引入空气，利用尾气热量加热空气，加热后的空气经空气排出接头、空气管道送至旋转混合机构，降温后的尾气经出气接头、烟气延伸管进入旋转减速机构；预混筒用于天然气与热空气的预混合，其通过中间管连接天然气管道，天然气管道缠绕在尾气管道外，利用尾气热量预热天然气；旋转减速机构包括中转箱和连接轴，中转箱接收烟气延伸管的尾气，尾气推动连接轴上的旋转叶转动，连接轴通过齿轮带动旋转混合机构的旋转轴；旋转混合机构的旋转轴上有延伸搅动板，内部流通腔可输送热空气，通过气孔喷入预混筒，同时带动延伸搅动板转动搅拌气体；活动式敲击机构位于预混筒背面，由移动板、移动敲击杆等组成，通过旋转轴上的凸轮带动，敲击预混筒以强化气体混合[5-6]。

四、氮氧化物减排方法与技术流程

4.1 助燃风与燃料预热工艺

助燃风预热通过换热器实现，空气经空气进入接头进入换热器，与烟气支管输送的高温尾气进行热量交换，被加热至高温；燃料预热通过尾气管道与天然气管道的配合完成，天然气管道螺旋缠绕在尾气管道外，利用尾气管道内高温尾气逸散的热量加热天然气，使天然气体积受热膨胀，提升与空气的混合效率。

4.2 气体预混与燃烧优化策略

加热后的空气经空气管道进入旋转混合机构的旋转接头，流经流通腔、中转腔从气孔喷入预混筒，与被加热的天然气接触；同时，烟气延伸管的高压烟气推动旋转减速机构的旋转叶转动，通过齿轮带动旋转轴及延伸搅动板旋转，对气体进行搅动，且凸轮带动活动式敲击机构敲击预混筒，使气体湍流增强、混合更充分；混合后的预混气体进入燃烧室，在较低氧浓度下燃烧，则尾气中氧含量约 10% ，减少氮气与氧气的碰撞，降低氮氧化物生成[7-8]。

五、减排效果验证与分析

5.1 实验设计与参数设置

实验选取同型号回转窑两台，实验组采用本装置及方法，对照组采用传统常温风与自然混合方式。实验持续 30 天，监测指标包括氮氧化物浓度（ |mg/m³ ）、氧含量 （%） ）、天然气消耗 ）、燃烧室温度（℃）。实验组参数：高温袋滤器过滤效率 ≈99% ，换热器空气加热至 300⋅400^∘C ，预混筒内气体混合时间≥5s；对照组参数：二次风与助燃风为常温（ 25^qC ），尾气氧含量 15‰

5.2 实验分析

实验数据如表 1-2 所示。

“尾气氧含量含 为煅烧尾气中氧含量，通过尾气在线监测测得数据，对照组以空气助燃，尾气氮氧化物浓度达 150mg/m³ ；实验组通过尾气回用，将氧含量降至 10% ，氮氧化物浓度随之降至 80mg/m³ ，可见低氧燃烧直接抑制了氮氧化物生成。

对照组尾气氧含量 15% ，实验组降至 10‰ 。按 9% 氧含量折算规则，对照组折算值150，则实测值为 150÷（15%÷9%）=90mg/m³ ；实验组折算值 80mg/m³ ，实测为 80÷（10%÷9%）=72mg/m³ 。同时，实验组天然气消耗和燃烧室温度均降低，体现了控制尾气氧含量在减排与节能上的协同作用。

上表反映氧含量与氮氧化物浓度的关系，随氧含量从 15% 降至 10% ，氮氧化物浓度持续降低，且在 13% 时降幅最为显著，验证低氧燃烧对氮氧化物生成的抑制作用，说明本装置通过回用低氧尾气控制氧含量的策略有效。

结论

本研究分析的回转窑氮氧化物减排装置及方法，通过多环节协同控制实现氮氧化物的高效减排，该装置将高温袋滤器、换热器与预混机构有机结合，实现煅烧尾气的梯级利用：一方面，过滤后的尾气作为二次风回用，直接降低燃烧室温度，使尾气中氧含量从 15% 降至 10% 左右，从源头减少热力型氮氧化物生成；另一方面，利用尾气余热加热助燃风和天然 t ，不仅降低天然气消耗（实验组较对照组减少 25% ），还通过空气热胀冷缩特性降低助燃风量，减少空气过剩系数，进一步抑制氮氧化物生成。

实验数据充分验证该技术的有效性。在相同工况下，采用该装置及方法的实验组氮氧化物浓度降至 80mg/m³ ，较对照组（ 150mg/m³ ）降低 46.7% ，且随着氧含量逐步降低，氮氧化物浓度呈现显著下降趋势（氧含量 10% 时较 15% 下降 33.3% ）。由此可见，气体预混环节通过旋转搅动与敲击震动的协同作用，提升燃料与空气的混合均匀性，在氮氧化物降低了也起到了较为重要的作用。

参考文献

[1] 连晓钢.等离子燃烧器在回转窑生产中的应用[J].太钢科技， 2024（3）：30-35.

[2] 裴浩言，陈建军，张洪灿.氧化锌回转窑废气提效改造治理工程实例[J].环境保护前沿， 2024， 14（5）：1077-1082.DOI：10.12677/aep.2024.145139.

[3] 许良，杨强，张阁，等.锌浸出渣富氧侧吹处理技术[J].有色冶金节能， 2023.

[4] 逯宏强，王蒙，冯忠辉，等.一种基于烟气循环利用的厌氧燃烧技术在石灰窑行业的应用[J].耐火与石灰， 2024， 49（6）：34-36.

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[6] 逯宏强，王蒙，张兴，等.回转窑氮氧化物排放的优化控制措施[J].耐火与石灰， 2023， 48（1）：44-45.

[7] 贾艾平，郑忠强.回转窑用烟气 SNCR 脱硝系统：CN202420603170.8[P].CN222151539U[2025-07-12].

[8] 罗杰勇，张中国.分解炉内煤粉不完全燃烧的影响[J].水泥， 2024（4）：43-44.

作者简介：马明建（1986.12），男，汉族，四川巴中，本科，初级工程师，研究方向：钛化工资源综合利用和过程能耗控制技术