CN102211887B

CN102211887B - 一种高效降氮脱硝的水泥生产方法

Info

Publication number: CN102211887B
Application number: CN2011100681466A
Authority: CN
Inventors: 黄金文; 吴齐跃; 罗辉; 曾钜键; 徐灿洪; 冼财全
Original assignee: GUANGZHOU YUEBAO CEMENT CO Ltd
Current assignee: GUANGZHOU YUEBAO CEMENT CO Ltd
Priority date: 2011-03-21
Filing date: 2011-03-21
Publication date: 2013-03-20
Anticipated expiration: 2031-03-21
Also published as: CN102211887A

Abstract

本发明公开了一种高效降氮脱硝的水泥生产方法，主要包括有分解炉分解和回转窑高温煅烧，所述分解炉设有干化生活污泥的喂料口，该喂料口的位置高于炉高的20％且低于炉高50％，所述分解炉中燃烧的为含水量为25wt％-35wt％的干化生活污泥。本发明所述的生产方法，除了具有可以高效降氮脱硝的优点之外，其还具有投资少，效率高，低碳环保，节能降耗，废物再利用的特点。

Description

一种高效降氮脱硝的水泥生产方法

技术领域

本发明属于水泥生产领域，具体地涉及一种高效降氮脱硝的水泥生产方法。

背景技术

水泥工业是居火力发电、汽车尾气之后的第三大氮氧化物(NOx)排放大户。氮氧化物排放影响大气质量，是水泥工业可持续发展的制约因素之一，因此降低水泥窑的氮氧化物排放成为当前水泥行业及环保部门必须重视并设法解决的热门问题之一。

氮氧化物在水泥生产中由煤燃烧过程产生。煤燃烧过程中，依据氮氧化物形成机理的不同区分为三种类型：(1)燃料与空气中的N2在高温条件下氧化形成的热力NOx；(2)燃料中的有机氮化合物在燃烧过程中被氧化形成的燃料NOx；(3)在碳氢基团反应过程中形成的中间产物和N2反应形成的快速NOx。

水泥生产过程中，回转窑和分解炉是水泥窑生产水泥中的两个主要的生产设备。分解炉主要完成生料的分解过程，分解后的产物进入回转窑，进行高温煅烧，形成水泥熟料。在整个水泥生产过程中，大约60％的煤粉进入分解炉，炉内的温度一般在850-1000℃范围内，在此温度下，基本可以不考虑热力NOx的形成，主要是燃料NOx。回转窑内主要是煅烧时物料的熔融和重结晶过程，物料温度必须超过1400℃，因此通常水泥窑主燃烧器形成的火焰温度控制在1800～2200℃之间，这样在回转窑内热力NOx和燃料NOx均有较多的形成比例，其中尤以热力NOx为主。

目前，国内水泥窑比较常用的降氮脱硝技术有：采用低氮窑头燃烧器的技术、采用分解炉助燃空气分级燃烧技术等；国外采用较多的有选择性非催化还原法(SNCR)等。

低氮窑头燃烧器的主要技术特点是通过特殊设计的燃烧器结构以及配风方式，通过降低着火区域氧气的浓度，适当降低火焰温度，以达到抑制氮氧化物生成的目的；同时，通过燃烧器形成合理的空气动力场，在满足热工制度的同时减少局部高温区的形成，从而最大限度的抑制氮氧化物的生成。但按照目前的整体技术水平，采用低氮窑头燃烧器的实际效果并不理想，降氮效率约为0～10％。

分解炉助燃空气分级燃烧是目前使用最为普遍的低氮氧化物燃烧技术之一，其主要应用方式为设置三次风上行管道将部分三次空气(约20％)在分解炉的上端加入，而在分解炉的主燃烧区，把三次风空气量减少到80％的理论空气量。主燃烧区三次风空气量的降低，使燃烧在“富燃料燃烧”(第一级燃烧)的条件下进行，抑制氮氧化物的生成，并产生还原气氛，使氮氧化物还原分解。然后通过三次风上行管道注入分解炉内的其余三次风再与第一级“富燃料燃烧”的烟气混合(第二级燃烧)，使燃尽过程在空气过剩系数α＞1的条件下进行，从而完成整个燃烧过程。但目前，在水泥窑系统的分解炉进行分级燃烧降低氮氧化物浓度的效果也不十分理想，降氮效率约为10～20％。

选择性非催化还原法(SNCR)是使用尿素等作为还原剂，通过向分解炉内连续加入这类还原剂，达到有效地降低废气中的NOx排放的目的，其降氮效率比较高，可达到50％，但其投资大，运行成本高，同时对水泥生产也存在减产和增加能耗的负面影响，大面积推广使用的难度较大。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种高效降氮脱硝的水泥生产方法。

解决上述技术问题的技术方案如下：

一种高效降氮脱硝的水泥生产方法，主要包括有分解炉分解和回转窑高温煅烧，所述分解炉设有干化生活污泥的喂料口，该喂料口的位置高于炉高的20％且低于炉高50％(优选位于炉高1/3处)，所述分解炉中燃烧的为含水量为25wt％-35wt％的干化生活污泥，干化生活污泥的平均颗粒直径小于1mm。

优选地，干化生活污泥用量为：每小时用量为回转窑小时投料量的0.5～2.5％，更优选为0.5％～1.67％。

优选地，分解炉还采用分解炉助燃空气分级燃烧。即通过三次风上行管道在分解炉的上端加入部分三次风(约总三次风量的20％)，而在分解炉的主燃烧区，把三次风空气量减少到80％的理论空气量。

优选地，所述干化污泥通过计量工具(优选皮带秤)来控制喂入量。

优选地，所述干化污泥的主要成份重量百分比含量为：水：25-35％、分析水：1.25-2.5％、挥发份：35-52％、固定碳：3.5-15％、热值：9.8-18.5MJ/kg；更优选为：水：27-30％、分析水：1.25-1.8％、挥发份：40-52％、固定碳：8-12％、灰份：37-45.5％；热值：14-17.5MJ/kg。

本发明是通过在水泥窑分解炉内处置干化后的生活污泥达到水泥生产中高效降低氮氧化物的目的。其主要原理是：其一，干化后的生活污泥具有较高的氢含量和挥发份含量，其挥发份占可燃物比例高达90％以上，氢元素也显著高于普通烟煤，污泥在进入分解炉后，燃烧过程中释放出大量的CHi基团及NH3基团等具有一定还原能力的基团，这些基团可以与NOx发生反应，将其还原为N2；其二，干化污泥喂料口一定要选在分解炉中部偏下位置开设，太低，则干化污泥喂入后在富氧状态下燃烧，不能形成足够的还原气氛；太高，则分解炉高度难以满足干污泥燃尽需要，干化污泥燃烧不完全将对水泥窑的安全、稳定运行带来比较大的负面影响。

生活污泥由分解炉中部偏下(喂料口的位置高于炉高的20％且低于炉高50％)位置喂入，因生活污泥存在大量可燃挥发份，相当于在分解炉中部增加了一个二次燃料供应点，由分解炉中部偏下(最优选为喂料口的位于炉高1/3处)喂入的干化污泥在分解炉中部燃烧形成再燃区，并在空气过剩系数α＜1的条件下形成还原性气氛，具有燃料分级燃烧的降氮脱硝效果，使得窑及分解炉内产生的NOx在再燃区中被还原成N₂，同时抑制新的NOx的生成。从而可以使整个水泥窑系统的NOx排放浓度得到大幅度降低，其降氮效率约为40～60％。因使用干化后的生活污泥进行降氮脱硝，与其它水泥生产中的降氮技术相比，除了具有可以高效降氮脱硝(40％以上)的优点之外，其还具有投资少，效率高，低碳环保，节能降耗，废物再利用的特点。

另外，根据本发明的高效降氮脱硝的水泥生产方法，当降氮效率达到60％以上时，随着干化污泥量的增加有可能出现干化污泥不能完全燃尽的情况，将导致水泥窑废气中出现较高的CO，影响水泥窑的安全运行。故为避免废气中产生过多的CO，往往需要适当减少干化污泥的喂入量，从而限制了进一步发挥分解炉处置干化污泥的降氮效率。但采用联合使用空气分级燃烧技术后，通过三次风上行管道在分解炉的上端加入部分三次风(约总三次风量的20％)，则整个水泥窑系统的降氮效果将更佳。除了能带来空气分级燃烧技术的降氮效应外，还能解决干化污泥量增加后难以燃尽的问题，使处置干化污泥量得以增大，实现更高的降氮效率。一般情况下，联合采用上述两项技术的降氮效率可达70％以上。

具体实施方式

本发明所述高效降氮脱硝的水泥生产方法中，使用到生活污泥，因为生活污泥具有一定的可燃成份，包括存在大量可燃挥发份和少量固定碳，而且挥发份燃烧过程中可以释放出大量的CHi基团及NH3基团等具有一定还原能力的基团。常规的生活污泥其都可以应用于本发明，其常规工业分析的主要成份为：水：25-35％、分析水：1.25-2.5％、挥发份：35-52％、固定碳：3.5-15％、灰份：37-45.5％；热值：9.8-18.5MJ/kg。

举例结果见下表(表1)

表1 生活污泥工业分析

通过目前现有的污泥干化系统可将含水量80％左右的湿污泥，干化为含水量为30％左右的干污泥，即可满足水泥窑煅烧和充分发挥干污泥降氮效应所需，干化污泥工业分析结果见下表(表2)。

表2 干化生活污泥工业分析

上述每种干化生活污泥的平均颗粒直径小于1mm，即平均颗粒直径不大于1mm，平均直径越小，更便于在分解炉内直接进行悬浮燃烧。

为了更好的说明分解炉处置干化污泥，以及联合使用处置干化污泥和空气分级燃烧技术的降氮效果，以下实施例中采用天津水泥设计院的热工检测报告进行辅助说明。

以下实施例中，所使用的干化生活污泥如表2所述。

实施例1

分解炉处置干化污泥

本实施例所述的高效降氮脱硝的水泥生产方法，主要包括有分解炉分解和回转窑高温煅烧，所述分解炉设有干化污泥喂料口，该干化污泥喂料口位于炉高1/3处。

所述干化生活污泥通过皮带秤来控制喂入量，喂入量分别为2.4t/h、3t/h、4t/h、5t/h、8t/h，对应窑投料量为480t/h，因此干化生活污泥每小时喂入量分别为回转窑每小时投料量的0.5％、0.63％、0.83％、1.04％、1.67％。

下面使用天津水泥设计院的热工检测报告(表3)进行辅助说明。该报告测定项目为废气成份，测定位置为回转窑窑尾B列废气总管。

以下表中的本底为现有技术中未采用本发明的技术方案的降氮方法。

表3 分解炉处置干化污泥

上表的检测数据显示，污泥入分解炉，可以有效降低氮氧化物的排放水平。随干污泥喂入量的增加，氮氧化物排放量下降，其降氮效率(氮氧化物减排比例)逐步增加。在污泥喂料量8t/h的条件下，氮氧化物排放水平最多可降低56％，但一氧化碳排放量有所上升。

实施例2

本实施例所述的高效降氮脱硝的水泥生产方法，主要包括有分解炉分解和回转窑高温煅烧，所述分解炉设有干化污泥喂料口，该干化污泥喂料口位于距炉底部的炉高1/3处。

本实施例所述分解炉还采用分解炉助燃空气分级燃烧。即通过三次风上行管道在分解炉的上端加入部分三次风(约总三次风量的20％)，而在分解炉的主燃烧区，把三次风空气量减少到80％的理论空气量。

所述干化生活污泥通过皮带秤来控制喂入量，喂入量分别为2.4t/h、5t/h、8t/h，对应窑投料量为480t/h，因此干化生活污泥每小时喂入量分别为回转窑每小时投料量的0.5％、1.04％、1.67％。

下面使用天津水泥设计院的热工检测报告(表4)进行辅助说明。该报告测定项目为废气成份，测定位置为回转窑尾B列废气总管。

表4 联合使用处置干化污泥和空气分级燃烧技术

上表的检测数据显示，采用助燃空气分级燃烧配合干化污泥入分解炉的脱硝效果，优于只采用分解炉喂入干化污泥的单一措施。两种技术措施配合使用，在干化污泥喂入量相同的情况下，降氮效率更高，在喂入量为8t/h时，其脱硝能力最高可达76％，同时可以提高煤粉燃尽率，降低一氧化碳的排放水平。

实施例3

本实施例所述的高效降氮脱硝的水泥生产方法，主要包括有分解炉分解和回转窑高温煅烧，所述分解炉设有干化污泥喂料口，该喂料口的位置高于炉高的43％且低于炉高50％。

下面使用天津水泥设计院的热工检测报告(表5)进行辅助说明。该报告测定项目为废气成份，测定位置为回转窑尾B列废气总管。

表5 喂料口提高至炉高的45％处单独处置干污泥

上表的检测数据表明，当喂料口提高后，分解炉喂入干化污泥具有明显的降氮脱硝效果，且降氮率较喂料口在炉高1/3处更高，但其CO亦显著偏高，特别是污泥喂入量达到8t/h时，CO含量高达1224.8ppm，表明不完全燃烧情况较严重，对回转窑正常生产的不利影响较大，故实际使用时，为减少生产不利影响，应适当降低干污泥喂入量控制。

以上是针对本发明的可行实施例的具体说明，但该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明技艺精神所为的等效实施或变更，均应包含于本发明的专利范围中。

Claims

1.一种高效降氮脱硝的水泥生产方法，主要包括有分解炉分解和回转窑高温煅烧，其特征是，所述分解炉上设有干化生活污泥的喂料口，该喂料口的位置位于炉高1/3处，所述分解炉中燃烧的为含水量为25wt％-35wt％的干化生活污泥；所述干化生活污泥的平均颗粒直径小于1mm；所述分解炉采用分解炉助燃空气分级燃烧。

2.根据权利要求1所述的高效降氮脱硝的水泥生产方法，其特征是，所述干化生活污泥的每小时用量为回转窑每小时投料量的0.5～2.5wt%。

3.根据权利要求1-2任一项所述的高效降氮脱硝的水泥生产方法，其特征是，所述干化生活污泥通过皮带秤来控制喂入量。

4.根据权利要求1-2任一项所述的高效降氮脱硝的水泥生产方法，其特征是，所述干化污泥的热值：9.8-18.5MJ/kg。

5.根据权利要求4所述的高效降氮脱硝的水泥生产方法，其特征是，所述干化污泥的热值：14-17.5MJ/kg。