CN101785953B - 利用错流移动床去除水泥窑炉烟气中有害成分的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种利用错流移动床去除水泥窑炉烟气有害成分的装置及方法，按下述步骤进行：吸附载体颗粒(3)由加料斗(1)中落入错流移动床吸收器(5)；高温烟气进入错流移动床吸收器(5)和低温吸附载体颗粒(3)进行错流流动，烟气中的有害成分冷凝到吸附载体颗粒(3)上；排料阀(7)控制吸附载体(3)的排料速率；清洗装置(9)完成对吸附载体(3)的洗涤与干燥后，将吸附载体颗粒(3)送回加料斗(1)，实现载体颗粒的循环利用。由补给仓(10)完成对吸附载体颗粒(3)的补给。本发明能有效解决因碱、氯、硫等有害成分的循环富集所造成的结皮堵塞问题，避免因排空带来能耗大幅增加，同时还能将烟气中的有害物质分离出来进行资源化再利用。

Description

利用错流移动床去除水泥窑炉烟气中有害成分的装置及方法

技术领域

本发明是一种去除水泥熟料烧成过程中碱、氯、硫的装置和方法，属于水泥生产的技术领域。

技术背景

以悬浮预热和预分解技术为核心的新型干法水泥生产是目前水泥工业发展的主流工艺。但是在水泥熟料烧制的过程当中，由于碱、氯、硫等有害成分在悬浮预热器系统中的重新凝聚，导致生料及燃料中的碱、氯、硫等有害成分含量较高，很容易造成预热系统的黏结和堵塞；同时熟料中的碱含量也往往高于其它类型的窑型，从而影响水泥熟料的质量。

在预分解窑系统中，碱、氯、硫等循环、富集是伴随着两个过程而发生，一个叫做“内循环”，另一个叫“外循环”。所谓内循环是指碱、氯、硫在窑的高温带从生料及燃料中挥发，到达悬浮预热部分较低温度区域时，随机冷凝在温度较低的生料上，随着生料一起进入窑内，形成一个在悬浮预热器和窑之间的循环和富集过程。而外循环是指凝结在生料中的碱、氯、硫等成分，随未被预热器收集的生料一起排出预热器系统，被粉尘收集系统收集后重新送入窑内，在预热器和这些设备之间所存在的循环过程。但是由于预热器废气中带走的碱、氯、硫等有害成分相当低，所以一般外循环对生产影响不大，同时如果将收尘器收集的窑灰丢弃，外循环可以基本消除。

在多组分体系中，系统的最低共熔温度一般随着组分数的增多而降低。生料中所含的碱、氯、硫等有害成分进入回转窑后，在窑的高温带挥发，以气态形式存在于窑气中，窑气在向窑尾运动的过程中温度逐渐降低，运行至预热系统中冷凝下来(约700℃左右)，与生料粉等其他组分形成多组分系统，使其最低共熔温度降低而形成低温融体。一般情况下，生料的最低共熔温度为1250℃左右，H.Ritzmann研究指出，CaSO₄、K₂SO₄和Na₂SO₄共同存在时，最低共熔温度可能低于800℃，有氯化

物存在时，最低共熔温度可接近700℃；另一方面有害成分形成的融体会在生料或衬料表面铺展开来，起到“黏结剂”的作用，在系统温度降低时，就在衬料表面上形成结皮，进而造成堵塞现象。

为了解决因碱、氯、硫等有害成分的循环富集所造成的结皮堵塞及熟料质量下降的问题，目前很多设备都采用了旁路放风系统。但是旁路放风系统不仅增大了基建投资，而且增加了熟料烧成热耗，研究表明，每1％的旁路放风量约增大熟料热耗15～21kJ/kg·cl，而一般放风量都在3％～10％左右，有的甚至超过20％，直接增加熟料热耗高达7％，甚至可达14％，因此急需一种更好的方法去解决碱、氯、硫等有害成分的循环富集问题。

本发明切断了碱、氯、硫等有害成分内循环的路径，从形成富集的根本原因出发，为解决水泥熟料烧制过程中存在的结皮堵塞问题，提供了一种能耗更低，效率更高的解决方法。

发明内容

技术问题：本发明针对水泥生产工艺中由于碱、氯、硫等有害成分循环富集造成的结皮与堵塞问题，提出了一种利用错流移动床去除水泥窑炉烟气中有害成分的装置及方法。

技术方案：本发明提供了一种利用错流移动床去除水泥熟料烧成过程中有害成分的装置及方法，该装置包括由错流移动床吸收器、载体颗粒排料器、载体颗粒清洗装置、载体颗粒加料器形成的串联回路，清洗装置有两个出口，其中一个出口与回收仓相连接，另一个出口和载体颗粒补给仓分别与载体颗粒加料斗相连，错流床吸收器的底部与载体颗粒排料器相连，载体颗粒排料器底部的出口分两路，一路与载体颗粒清洗装置相连，另一路直接连接载体颗粒加料斗，载体颗粒加料斗底部经过加料阀门与错流床吸收器的顶部入口相连通；在错流移动床吸收器的侧面分别设有烟气进口和烟气出口，在错流移动床吸收器中部设有导流板，在导流板内是吸附载体颗粒，高温烟气从烟气出口流出错流移动床吸收器，返回预热分解系统。

由水泥窑炉排出的高温烟气在错流移动床内和自上向下运动的冷吸附载体错向接触后，烟气中碱、氯、硫等有害成分冷凝在吸附载体上，并随吸附载体排出床体，吸附了碱、氯、硫等有害成分的吸附载体经清洗后循环使用；

具体方法包括：

a.由水泥窑炉排出的高温烟气从中部烟气进口水平进入错流移动床，烟气温度为700-1000℃；

b.错流移动床内自上而下运动的吸附载体和水平进入错流移动床的高温烟气接触，气固接触后由于吸附载体温度较低，烟气中碱、氯、硫等气态化合物迅速凝结到吸附载体上；

c.吸附了碱、氯、硫等有害成分的吸附载体从错流移动床下部载体颗粒排料器排出进入载体颗粒清洗装置，在其中进行吸附载体和碱、氯、硫分离工作；

d.分离了碱、氯、硫等有害成分的吸附载体颗粒经错流移动床顶部载体颗粒加料斗再次进入错流移动床，进行吸附工作；

e.新鲜的吸附载体从补给仓中加入载体颗粒加料斗中；

f.分离下来的进入回收仓，进行资源化再利用：

g.去除了碱、氯、硫等有害成分的烟气，从错流移动床吸收器右侧中部烟气出口排出，返回生料预热分解系统。

所述的吸附载体为热惯性大，耐磨性好的惰性球体。

有益效果：本发明具有如下的特色及优点：

1、本发明切断了碱、氯、硫等有害成分循环富集的路径，解决了因碱、氯、硫等有害成分的循环富集所造成的结皮堵塞问题；

2、减少了熟料烧成热耗。这种方式提前除去了碱、氯、硫等有害成分，阻止了有害成分冷凝到温度较低的生料上，因此可以将窑气直接通过错流移动床吸收器净化，不需要旁路放风系统，减少了热耗，对已安装有旁路放风系统的，也可以将排烟通过错流移动床吸收器净化后实现余热再利用；

3、采用错流移动床作为去除碱、氯、硫等有害成分的主要装置，去除效率高，构造简单；

4、由于大幅减少了水泥熟料烧制过程中碱、氯、硫等有害成分，可以有效提高水泥熟料的质量；

5、去除烟气中碱、氯、硫等有害成分后，烟气温度下降少，只对净化烟气产生微小的热损与压损，不影响后续的生料预热分解工艺；

6、使用本发明的生产线，不需要担心碱、氯、硫等有害成分循环富集所带来的影响，因此系统可以使用高氯和高硫原料以及高氯、高硫煤种，有效提高了系统原料及煤种适应性。

7、建设费用低，系统占地面积小，改造方便，对原水泥生产系统影响小，应用范围广；

8、系统采用的吸附载体为热惯性大，耐磨性好的惰性球体，例如刚玉球，它具有耐磨，耐高温，耐酸碱腐蚀的特点，因此清洗比较容易，成本小，使用寿命长；

9、以往系统中，由于碱、氯、硫等有害成分的循环富集，使得低NO_X预分解技术的发展受到限制(在还原性气氛条件下，碱、氯、硫等有害成分较多时，极易发生结皮堵塞)，采用本发明，可以积极促进低NO_X预分解技术的发展，降低NO_X排放，减少环境污染；

10、碱、氯、硫等物质经清洗装置从系统中分离出来后，可进行资源化再利用。

附图说明

图1是去除水泥熟料烧成过程中碱、氯、硫等有害成分的装置示意图。

图中有：载体颗粒加料斗1，加料阀门2，吸附载体3，导流板4，错流移动床吸收器5，烟气出口6，载体颗粒排料器7，烟气进口8、载体颗粒清洗装置9，载体颗粒补给仓10，回收仓11，预热分解系统12。

具体实施方式

其思路是：主要装置吸收器采用错流移动床的结构，高温烟气从烟气入口8进入，横向均匀流动；吸附载体3(温度低于K₂SO₄、KCl、Na₂SO₄等碱质以及含硫氯物质的熔点，吸附载体采用热惯性大，耐磨性好的惰性球体，如刚玉球体，通常粒径选择为10～100mm)通过错流移动床吸收器5顶部载体颗粒加料阀2缓慢下落。高温烟气在通过吸附载体床层时，其中的蒸汽态碱、氯、硫等有害成分冷凝到载体颗粒表面，并和吸附载体一起排出错流移动床吸收器5，从而达到去除水泥烧制过程中碱、氯、硫等有害成分的目的。下面参照图1，具体说明本发明的技术路线和目标的具体实现。

该装置包括由错流移动床吸收器5、载体颗粒排料器7、载体颗粒清洗装置9、载体颗粒加料器1形成的串联回路，清洗装置9有两个出口，其中一个出口与回收仓11相连接，另一个出口和载体颗粒补给仓10分别与载体颗粒加料斗1相连，错流床吸收器5的底部与载体颗粒排料器7相连，载体颗粒排料器7底部的出口分两路，一路与载体颗粒清洗装置9相连，另一路直接连接载体颗粒加料斗1，载体颗粒加料斗1底部经过加料阀门2与错流床吸收器5的顶部入口相连通；在错流移动床吸收器5的侧面分别设有烟气进口8和烟气出口6，在错流移动床吸收器5中部设有导流板4，在导流板4内是吸附载体颗粒3，高温烟气从烟气进口8进入，经导流板4与吸附载体颗粒3接触后，从烟气出口6流出错流移动床吸收器5，返回预热分解系统12。

高温窑气从错流移动床吸收器5烟气入口8进入，经过导流板4的导流，横向均匀流动至烟气出口6，并返回到预热分解系统12。吸附载体3从错流移动床5顶部加料斗1以平缓的速度下落至底部排料阀7。在下落过程中与高温烟气实现错向流动，烟气中的气态碱、氯、硫等有害成分在气固接触过程中冷凝到吸附载体3上，和吸附载体3一起排出错流移动床吸收器5。排料阀8控制排料速率，将吸附载体3平稳送至供给皮带。大部分吸附载体3经空气适当冷却后被直接传送至错流移动床吸收器5顶部载体颗粒加料斗1进行循环使用，小部分吸附载体被送入清洗装置9，在其中完成对吸附载体的洗涤与干燥后，再通过皮带传送运往载体颗粒加料斗1，吸附载体颗粒从加料斗1中落入错流移动床吸收器5，实现吸附载体颗粒的循环利用。由载体颗粒补给仓10完成对载体颗粒3的补给。清洗装置9中分离下来的碱、氯、硫等有害成分进入回收仓11，进行资源化再利用。这就是本发明脱除有害成分的整个工艺流程。

实施例1，窑气中所含的碱、氯、硫等有害成分在700℃左右会冷凝下来，进而

导致结皮堵塞。而最下一级旋风分离器排烟温度约在750℃左右，因此通常在倒数第二级预热器开始发生有害成分的冷凝。设计最下一级旋风分离器排烟通过错流移动床吸收器，与错流移动床吸收器内吸附载体进行错流流动。碱、氯、硫等有害成分遇冷冷凝到吸附载体上，并和吸附载体一起排出吸收塔。这样就解决了因碱、氯、硫等有害成分的循环富集所造成的结皮堵塞的问题。

实施例2，对于已经安装有旁路放风设备的预热系统，可以先将排烟通过错流移动床吸收器，脱除其中的有害成分后，直接送入生料预热器中加热生料，回收其中的热量，从而减少热耗损失。

Claims (3)

1.一种利用错流移动床去除水泥窑炉烟气中有害成分的装置，其特征在于该装置包括由错流移动床吸收器(5)、载体颗粒排料器(7)、载体颗粒清洗装置(9)、载体颗粒加料斗(1)形成的串联回路，清洗装置(9)有两个出口，其中一个出口与回收仓(11)相连接，另一个出口和载体颗粒补给仓(10)分别与载体颗粒加料斗(1)相连，错流移动床吸收器(5)的底部与载体颗粒排料器(7)相连，载体颗粒排料器(7)底部的出口分两路，一路与载体颗粒清洗装置(9)相连，另一路直接连接载体颗粒加料斗(1)，载体颗粒加料斗(1)底部经过加料阀门(2)与错流移动床吸收器(5)的顶部入口相连通；在错流移动床吸收器(5)的侧面分别设有烟气进口(8)和烟气出口(6)，在错流移动床吸收器(5)中部设有导流板(4)，在导流板(4)内是吸附载体(3)，高温烟气从烟气进口(8)进入，经导流板(4)与吸附载体(3)接触后，从烟气出口(6)流出错流移动床吸收器(5)，返回预热分解系统(12)。

2.一种利用权利要求1的装置去除水泥窑炉烟气中有害成分的方法，其特征在于，由水泥窑炉排出的高温烟气在错流移动床内和自上向下运动的冷吸附载体错向接触后，烟气中碱、氯、硫有害成分冷凝在吸附载体上，并随吸附载体排出床体，吸附了碱、氯、硫的吸附载体颗粒经清洗后循环使用；

具体方法包括：

a.由水泥窑炉排出的高温烟气从中部水平进入错流移动床吸收器(5)，烟气温度为700-1000℃；

b.错流移动床吸收器(5)内自上而下运动的吸附载体(3)和水平进入错流移动床的高温烟气接触，气固接触后由于吸附载体温度较低，烟气中的气态碱、氯、硫有害成分迅速凝结到吸附载体上；

c.吸附了碱、氯、硫有害成分的吸附载体颗粒从错流移动床下部载体颗粒排料器(7)排出进入清洗装置(9)，在其中进行吸附载体和碱、氯、硫有害成分的分离工作；

d.新鲜的吸附载体从补给仓(10)中加入吸附载体循环系统；分离了碱、氯、硫有害成分的吸附载体颗粒经错流移动床顶部加料斗再次进入错流移动床吸收器(5)，进行吸附工作；

e.分离下来的碱、氯、硫有害成分进入回收仓(11)，进行资源化再利用；

f.去除了碱、氯、硫有害成分的烟气，从错流移动床吸收器右侧中部排出，返回生料预热分解系统。

3.根据权利要求1所述的利用错流移动床去除水泥窑炉烟气中有害成分的装置，其特征在于所述的吸附载体(3)为热惯性大，耐磨性好的惰性球体。

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