水泥窑炉高温气体分析仪与氨逃逸分析仪在烧成系统中课件

水泥窑炉高温气体分析仪

与

氨逃逸分析仪

在烧成系统中的节能作用

三大节能技术预热发电：工艺改造，减少用电量（节电技术）变频控制：设备改造，减少用电量（节电技术）烧成优化：优化控制，精细化管理，提高烧成效率减少燃煤量（节煤技术）2014年全国水泥行业整体表现

（美国地质调查局2015年1月矿产统计数据）产量高水泥：全球41.8亿吨，中国25亿吨，占59.8%；熟料：全球35.7亿吨，中国20亿吨，占56%。）耗能大：年消耗标煤占全国总量约7%；碳排放多：二氧化碳排放占全国总量10%以上能效低：平均每吨水泥熟料烧成标煤耗比国际先进水平高约15%GB16780-2012

《水泥单位产品能源消耗限额规定》（1）现有企业熟料烧成工段煤耗≤115公斤标煤/吨（2）新建企业熟料烧成工段煤耗≤108公斤标煤/吨（3）企业目标熟料烧成工段煤耗≤105公斤标煤/吨政府目标：到"十二五"末,全国水泥生产综合能耗应≤93公斤标准煤/吨节煤空间：12~22公斤标准煤/吨节约空间

——按节约12公斤标煤/吨熟料计算

生产熟料节约用煤煤价节约空间200万吨/年2.4万吨/年550元/吨1320万元300万吨/年3.6万吨/年550元/吨1980万元500万吨/年6.0万吨/年550元/吨3300万元案例1：不完全燃烧模式：某2500T/D水泥生产线预热器出口CO和O2实时曲线图：CO浓度在0.5~0.7%之间，O2在1.2%左右，典型的还原气氛。

还原气氛的影响（1）除降低燃煤效率、增加运行成本，（2）烧成中出现黄心料，（3）熟料易磨性差，（4）影响水泥的颜色，（5）严重的造成预分解系统粘结堵塞，（6）窑后结圈结球。案例2：江苏某水泥厂2500T/D回转窑

预热器C1出口温度为373℃，预热器C1出口处烟气中

CO：0.069%，

O2：10.48%，典型的空气过剩。案例2：江苏某水泥厂2500T/D回转窑的煤耗总煤耗量=12.5+5.4

=17.9t/h平均煤耗：17.9t/h*24h/2500t=171.83kg/t案例3：四川棉竹白川水泥1000t/h回转窑

窑尾烟气温度为1062℃；窑尾烟气中

CO：0.00%，

O2：3.57%，控制在较理想的温度和氧化气氛状态。案例3：四川棉竹白川水泥1000t/h回转窑煤耗总煤耗量:

=1.9+1.85

=3.75t/h，平均煤耗=3.75t/h*24h/1000t=90kg/t（<93kg/t）装配Aerolite-165水泥窑高温气体分析仪锅炉的热平衡方程式

Qf=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6kJ/kgQf——1kg燃料带入炉内的热量，kJ/kgQ1——锅炉有效利用热量，kJ/kgQ2——排烟热损失，kJ/kgQ3——化学未完全燃烧热损失，kJ/kgQ4——机械未完全燃烧热损失，kJ/kgQ5——散热损失，kJ/kgQ6——其它热损失，kJ/kg或者，100%=q1+q2+q3+q4+q5+q6其中：煤粉炉的q4范围：0.5%~5%大中型锅炉的

q2

约为4～8%过剩空气系数α过剩空气系数：是燃料燃烧时实际空气需要量与理论空气需要量之比值，用“α”表示。计算公式：α＝20.9%/(20.9%-O2实测值)选择合理的过量空气系数，使化学不完全燃烧热损失Q3、机械不完全燃烧热损失Q4和排烟热损失Q2将达到最佳值，锅炉热效率ŋ=Q1/Qf达到最大值，此时α为最佳过剩空气系数。举例：锅炉测试时O2实测值为13%，过剩空气系数α＝20.9%/(20.9%-13％)＝2.6国标规定：燃煤锅炉过剩空气系数α＝1.8；（O2=9.29%）燃油燃气锅炉过剩空气系数α＝1.2；（O2=3.48%）实例比较（按C1出口处的烟气含氧量计算）四川白川水泥厂回转窑的过剩空气系数：

α＝20.9%/(20.9%-3.57％)＝1.2宜兴某水泥厂过剩空气系数：

α＝20.9%/(20.9%-10.48％)＝2.0

实践表明，过剩空气系数每降低0.1，燃煤炉的热效率可提高1.3%。一般燃煤炉的最佳过剩空气系数为1.1~1.3。宜兴水泥厂如到达白川水泥厂经济运行水平，可企望的节能效益空间:(2.0-1.2)/0.1*1.3%=10.4%按年运行300天,煤成本550元/吨计算，年新增效益：

17.9*24*300*10.4%*550/10000=737.2万元结论一水泥窑高温气体分析仪可以强化燃烧过程的优化控制和精细化管理，可给水泥企业带来可观的节能效果。氨逃逸检测仪对水泥企业的影响为防止锅炉内煤燃烧后产生过多的NOx污染环境，应对煤进行脱硝处理主要脱硝技术：选择性非催化还原技术（SNCR）：是一种不使用催化剂，在

850～1100℃温度范围内还原NOx的方法。最常使用的药品为氨和尿素。选择性催化还原技术（SCR）：利用还原剂(NH3,尿素)在金属催化剂作用下,选择性地与

NOx反应生成

N2和H2O,而不是被

O2氧化,故称为“选择性”。世界上流行的

SCR工艺主要分为氨法SCR和尿素法

SCR2种。氨水需用量贵州某2500t/d生产线脱硝为例，

2500t/d的烟气量是164580Nm3/h左右，一年按300天计算，年排放118500万立方米废气。若NOx排放值为1000mg/Nm3;

NOx排放要降到320mg/Nm3以下，年减排NOx为806吨，采用SNCR脱硝，选择氨水（浓度25%）作还原剂，年需耗氨水1827吨，每天6.09吨。实际脱硝项目每小时的喷氨量为0.5~0.8t/h,每天用量达12~19吨。氨逃逸量环保指标：氨逃逸率<8mg/Nm3氨水量（t/h)氨逃逸率(mg/Nm3)

>0.8 >50 >0.5 >30 >0.4 >20 <0.2 <8氨逃逸率从30降到8，氨水量减少0.3t/h,一年300天可节省2160吨，按氨水650元/吨计算

一年可节约成本：140万元。结论二氨逃逸率的准确测量，可以强化脱硝工艺的优化控制和精细化管理，给水泥企业带来明显的经济效益。优化控制-压线运行影响回转窑最佳经济运行的八个因素稳定的生料率稳定的煤质量稳定生料喂料量稳定的系统风量稳定的分解炉出口温度风量、煤、料和窑速的合理匹配窑头和窑尾用煤的合理比例窑炉协调，稳定合理的烧结温度和预热分解温度以及窑炉气氛的控制水泥窑炉高温气体分析面临的问题和困难高温和高磨损：采样探头易折弯、磨损，使用寿命短高灰：易堵塞采样过滤器不能发挥高温气体分析仪的监测作用耐高温、耐磨损、耐腐蚀防堵塞、防泄漏寿命长、稳定性好精度高、易维护充分发挥气体分析仪的监测指导作用稳定、可靠、自动、免维护目标现状1、高温2、高尘3、高磨损4、强氧化5、强冲击6、恶劣工作环境问题高温采样探头的常见问题与解决方案1、探头弯折或开裂：因高温原料冲刷或耐火砖脱落冲砸而引起探头弯折或开裂。解决方案：采用耐高温抗氧化的不锈钢材料及油冷的高温采样探头。2、探头变形：因冷却装置可靠性差或水冷结垢散热差，探头不能充分冷却，高温状态下原料冲刷而变形。解决方案：采用高效的循环油泵和快速冷却器。3、自动化水平低：断电断水断气时采样探头应自动退出，因传动机构机构问题（铁链传动方式：水泥或灰尘会造成阻塞）不能移动。解决方案：采用变速箱带动的齿轮传动式移动机构。1、EGSP-05移动式高温采样探头2、EOWS-10油水冷却系统3、EDCS智能信号采集及控制中心4、GCMS-165气体处理及分析系统Aerolite-165

水泥窑炉高温气体分析仪系统构成EGSP-05移动式高温采样探头EGSP-05移动式高温采样探头（现场安装图）EGSP-05移动式高温采样探头的特点防尘及自动除尘结构

导热油冷却降温选用耐高温合金材料

双路反吹防堵塞不怕固体物料撞击不怕高温高尘烧结拆卸及装配简单，可维护性强具有断电、断水、断气自动退出保护功能高可靠性，可长期稳定运行根据窑炉大小可定制探头长度（可达10米）手动离合功能可使探头安全快速退出（如同汽车离合器）EGSP-05移动式高温采样探头的技术指标探头耐温：<1500℃探杆长度：2m～10m探头直径：Ф75mm移动行程：1m～9m环境温度：-30～70℃电机功率：0.4kw额定电压：220VAC运动速度：10mm/s探头材质：耐高温合金防护等级：IP54EOWS-10油水冷却系统

EGSP-05高温采样探头的可靠性主要取决于油水冷却系统的可靠性。EOWS-10油水冷却系统由储油箱、输油泵、油水热交换器、过滤器以及温度、压力、水位、流量等检测及控制系统组成。EOWS-10特点及技术参数传热效率高：总传热系数最高可达3300Kcal/m2.h℃结构紧凑：集成在一个箱体内承温宽：-160℃

～

+2250℃耐压高：35Bar导热油馏程(2%)：≥355℃导热油运动粘度（50℃）：18-29mm2/s导热油比热（250℃）：0.614千卡/公斤度导热油导热系数（250℃）：0.118千卡/米时度导热油泵流量：100l/min导热油泵扬程：4m导热油泵输入/输出功率：350/250W高温探头的五大保护措施自动定位控制：采样探头有自动进位和自动退位两个位置控制开关，采样探头移动到进位或退位位置时即自动停止移动。②油温检测：当探头导热油温过高时自动报警，当温度超过警戒线时，采样探头自动退出停止工作。③

流量检测：导热油的热量是通过油水冷却系统热交换而散热，因此，冷却水的流量必须得到保证。一旦发现断水，系统必须自动停止。④

断电断水保护：系统一旦断电，必须保证探头退出工作。所以必须配置足够容量的UPS，220VAC/50Hz不间断电源⑤

液位检测：导热油液位低，自动停止退出。GCMS-165气体分析子系统（1）Guardian21气体分析仪（2）EC-01电气控制器（3）GC-02气路控制器（4）气体冷却器及蠕动泵（5）电磁阀组（6）采样探头和采样管线特点：模块化设计，工具化生产，标准化组合，结构清晰简单，质量稳定可靠，安装维护方便快捷主要有六部件：Sirius-7800

氨逃逸激光在线检测仪Sirius天狼星现场式激光气体分析仪的设计思想1、保持被测气体原有状态，不改变气体物理性能，测量状态与被测气体的生产工艺保持一致，避免引起结露，不需要除水（原位的思路）；2、在被测气体原有状态下就地直接测量，不需要采样管线3、取样与分析整体设计，只需简单除尘；4、单侧安装，不需对光，避免振动影响5、适合高温和强腐蚀场合，6、提供现场校准手段7、采用户外结构，不需要分析小屋，满足不同场合的需要Sirius-7天狼星高温气体激光分析仪设计思路1、针对易溶于水的被测气体NH3、HCl2、采用高温检测传感器，在190℃高温直接测量3、不改变被测气体的物理状态，只需简单除尘4、采用户外机壳，防尘防雨防晒，自动调节温度5、提供校准手段，用户可确认仪器精度6、利用ARM系统，提供强有力的软件及通讯功能7、可拆卸内置采样探头，便于产品包装和运输8、免维护设计，傻瓜式机器，不需很强的专业知识Sirius-7天狼星现场式激光气体分析仪的原理Sirius-7天狼星现场式激光气体分析仪

主要部件（一）：高温激光检测器特点：1、测量原理：可调谐半导体激光

吸收光谱（TDLS）技术2、测量池温度：190℃±1.5℃3、测量气体：NH3、HCl、CH4CO2、H2O4、环境温度：-20~50℃5、被测气体最大湿度30%absH2O6、量程:0~30,100ppm

7、精度:±2%8、响应时间：2秒9、符合欧洲CE、EMCSirius-7天狼星现场式激光气体分析仪

主要部件（二）：高温采样泵高温真空泵：1、耐热温度可至约240度。2、流量：6l/min；3、真空度：290mbarabs；4、最大压力：1.5barg；5、尺寸：105mmX64mmX136mm6、重量：1.5kg；7、电机：230V50Hz，60W；8、工作电流：0.7A；Sirius-7天狼星现场式激光气体分析仪

主要部件（三）：高温采样阀原理结构：活塞式通径范围：DN20环境温度：350~600℃控制方式：常闭电源电压：AC220V/DC24V流体介质：水、气、油等高温流体流体温度：+400℃、<+450℃、<+600℃流体压力：0~0.6Mpa至0~4.0Mpa连接方式：螺纹接线方式：塑封线盒插头、铁罩引线阀体材质：不锈钢（316L）Sirius-7天狼星现场式激光气体分析仪的特点主要特点：1、基于半导体吸收光谱技术（TDLS），测量精度高漂移小，不受背景气组份、粉尘颗粒的影响；2、可适应高温、高尘、高湿与强腐蚀性气体的检测；3、现场就地测量，不需要远距离输送气体，也不需

要独立的分析小屋4、可现场标定，确保测量数据的准确性与可靠性5、单侧安装，不怕振动，可靠性高，响应速度快6、户外型设计，现场就地安装，全天候运行7、可设置自动定时标零，无需人工干预8、整个产品安全、简单、准确、可靠、稳定、寿命长9、安装简单，维护量少，运行成本低，投资少Sirius-7800氨逃逸分析和仪现场安装图煤的燃烧过程完全燃烧:

燃烧过程中，如果生成的产物不能再发生燃烧，称为完全燃烧。碳的完全燃烧反应如下：

Ｃ+Ｏ２－－－－>ＣＯ２＋394.03千焦耳／克分子 1卡=4.2焦耳

394.03千焦耳=93.81千卡(大卡)完全燃烧时CO气体浓度为零，O2全转换成CO2,完全燃烧放出的热量较多。不完全燃烧

在燃烧反应过程中，如果生成的燃烧产物能再次发生燃烧，则为不完全燃烧，碳的不完全燃烧产生一氧化碳，一氧化碳能再次燃烧。其反应式如下：

Ｃ＋1/2Ｏ２－－－－>ＣＯ＋110.70千焦耳／克分子与完全燃烧相比，相同单位的煤炭不完全燃烧时损失的热量损耗比率为：

(394.03-110.70)/394.03=72%

（将近四分之三）混合燃烧:

４Ｃ＋３Ｏ２－－－－＞２ＣＯ２＋２ＣＯ

３Ｃ＋２Ｏ２－－－－＞２ＣＯ＋ＣＯ２

水泥厂就是以完全燃烧为主的混合燃烧模式

过剩空气系数燃烧所需的空气量煤碳完全燃烧反应为1Mol的Ｃ(12g)需1Mol的氧（32g），才能达到完全燃烧.

Ｃ＋O２－－－－＞ＣＯ２

1Mol氧气在标准状态下(0℃,1.013pa)为22.4L，空气中有21%体积的氧气，79%体积的氮，1Mol氧化相当的空气量：22.4*100/21=106.67L，

1kg煤为1000/12=83.33Mol,完全燃烧时需纯氧为83.33*22.4/1000=1.87M3，而空气则需

83.33*106.67/1000=8.89M3。过剩空气系数

煤炭燃烧时由于反应不均匀性，需有过量的空气。空气的实际使用量与理论量之比值称为过剩系数。空气中氧含量为21%,如烟气中正常氧含量为4%,则过剩系数为:(21+4)/21=1.19,即窑炉燃烧过剩空气系数为1.19。燃烧时空气吸热，最后排放时带走热量。过剩空气系数大，则带走的热量多，能耗也就大。最佳过剩空气系数最佳过剩空气系数：在保证能完全燃烧时所需的空气量与理伦空气用量之比过剩空气系数。应用中以烟气中CO浓度为零,而且O2的浓度也同时为零时的过剩空气系数为最佳过剩空气系数:

(21+0)/21=1。实际O2的浓度通常为2%~6%。因此，实际的过剩空气系数为1.1

~

1.29。此时过剩空气带走的能耗率为：10%

~

29%.即有10%~

29%的热量被过剩空气带走。如O2的浓度降为1%。此时的过剩空气系数=(21+1)/21=1.048。能耗率降为:

4.8%,节能效率:

5.2%

~

24.2%新概念:富氧燃烧氧气含量为25%~30%的空气最佳燃烧的控制策略1、使目标温度稳定在设计额定值,如窑尾1050℃,分解窑出口温度在850℃,变化范围应尽量小,如控制在±10℃以内；2、实现最小煤耗,监测回转窑尾和分解窑出口CO浓度,使其测量值趋于零；3、实现最小热损,设备散热损耗依靠保温措施，在建造时已定型无法改变，只有减少烟气带走的热量损失，有效办法是控制过剩空气系数在最佳值，如在1.05，可通过测量烟气中O2浓度的含量来获得。4、保证燃烧风量稳定，根据生料的给入量，通过改变给煤粉量,使窑尾和分解窑出口温度稳定在额定值,CO浓度接近零值，过剩空气系数恒定在最佳值，实现最经济的生产运行。5、压线运行：目标温度、CO浓度、过剩空气系数（或O2浓度）在同一监视器上显示，使其走直线运行。经济效益分