CN103175409A - 一种水泥窑综合节能减排一体化系统 - Google Patents

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Abstract

一种水泥窑综合节能减排一体化系统，其余热锅炉两端分别与水泥煅烧装置的烟气取出口及空气预热器相连，该空气预热器又分别与除尘装置、空气过滤装置及混风装置相连，该混风装置又分别与富氧发生装置及富氧助燃喷嘴相连。余热锅炉省煤器的出口一支与汽包相连，另一支与SNCR装置的尿素溶解罐相连，该上部设有尿素入口的SNCR装置的尿素溶解罐出口通过稀释模块与设在窑尾分解炉上的SNCR还原剂喷枪相连。该系统充分利用了水泥窑烟气的余热，实现了水泥窑能源的梯级利用，高温热源发电，低温热源助燃和辅助脱硝，做到了余热能源的充分利用的同时减少水泥窑尾气中氮氧化物的排放。

Description

一种水泥窑综合节能减排一体化系统
技术领域
本发明涉及一种水泥窑的节能和脱硝装置。
背景技术
建材工业能源消耗总量在全国工业部门中位于电力、冶金、石化之后，居第四位。水泥行业氮氧化物的排放量占全国工业排放总量的15%左右，已是居火力发电、汽车尾气之后的第三大氮氧化物排放大户。目前应用最广泛的烟气脱硝技术是SNCR技术和SCR技术。SCR技术脱硝效率较高，可达95%以上，但由于该技术投资大，系统复杂，运行成本高等原因，并不适用与水泥窑炉。而SNCR技术相对投资低，运行成本少，系统简单，使用范围广，虽然其脱硝效率较低，但是基本可以满足目前国家制定的排放标准。
水泥行业有大量的余热产生，其中多数余热都已经被利用，但是还有部分低温余热并未充分进行利用。譬如，水泥窑窑尾旁路放风烟气在经过窑尾旁路放风余热锅炉后，温度一般达到~200度，就进行排放。如何将该部分低温余热充分进行利用，也是业内人士一直考虑的问题。
目前，在我国并没有水泥窑系统同时进行富氧助燃和烟气脱硝的实例，更没有考虑将水泥窑烟气余热利用与富氧助燃技术和烟气脱硝技术相结合的技术出现。如果简单的将富氧助燃技术和烟气脱硝技术结合不仅系统复杂，设备多，建筑面积大，投资和运行费用都很高。而且，两个独立的系统简单的组合并不能实现高效的节能环保效果。譬如，在采用富氧助燃过程中，为了进一步提高燃烧效率，通常要提高助燃空气的温度，现有技术通常采用电加热对其进行加热，这种方式将会消耗大量的电能。同样，采用SNCR烟气脱硝工艺时，为加快尿素颗粒的溶解、防止尿素溶液的低温结晶，在尿素溶解罐内均设有蒸汽或电加热系统，加热耗费一定量的蒸汽或电量，这样也势必造成高品位能源的浪费。
发明内容
本发明的目的在于提供一种工艺系统合理，能充分利用水泥窑余热锅炉及其排放烟气的热量，将富氧燃烧技术及SNCR烟气脱硝技术有机的结合在一起，既能达到节能、脱硝的效果，同时又简化系统，降低整套系统的运行费用的水泥窑综合节能减排一体化系统。
为了实现上述这种发明目的，本发明采用如下技术方案：
本发明主要包括：水泥煅烧装置、余热锅炉、除尘装置、富氧发生装置、富氧助燃喷嘴、SNCR（选择性非催化还原反应）装置的尿素溶解罐和SNCR装置的还原剂喷枪。其中，余热锅炉的烟气入口与水泥煅烧装置的烟气取出口相连，该烟气取出口或是水泥煅烧装置窑尾烟室废热烟气取出口，或是水泥煅烧装置多级预热器的废热烟气取出口，或是水泥煅烧装置窑头篦冷机废热烟气取出口。上述余热锅炉的烟气出口与空气预热器的烟气入口相连，该空气预热器的烟气出口与除尘装置入口相连。上述空气预热器的空气入口可以与外界空气相连，也可以通过空气过滤装置与外界空气相连。空气预热器的空气出口与混风装置的一个入口相连，该混风装置的另一个入口与富氧发生装置相连，该混风装置的出口与富氧助燃喷嘴相连，该富氧助燃喷嘴为n（1≤n≤20）个分别设在窑头或窑尾可以通入至水泥窑的一次风、二次风、三次风或在燃烧器附近单独喷入。余热锅炉省煤器的入口与给水平台连接，余热锅炉省煤器的出口一支与汽包相连，另一支与SNCR装置的尿素溶解罐相连，其可以作为尿素溶剂与尿素溶解罐进口相连，其也可以作为热源与设在尿素溶解罐内的换热盘管热介质入口相连，还可以既作为尿素溶剂与尿素溶解罐进口相连，又可以作为热源与设在尿素溶解罐内的换热盘管热介质入口相连。该上部设有尿素入口的SNCR装置的尿素溶解罐尿素溶液出口与稀释模块进口相连，该稀释模块出口与设在窑尾分解炉上的SNCR装置的还原剂喷枪相连，该还原剂喷枪有n（1≤n≤20）个，可以沿分解炉圆周方向均匀布置，还可以在分解炉上分层布置。所述的余热锅炉可以是水泥窑窑尾旁路放风余热锅炉，可以是水泥窑窑头的余热锅炉，还可以是水泥窑窑尾余热锅炉；所述的富氧发生装置可以为膜法富氧发生装置，可以为变压吸附法富氧发生装置，还可以为深冷法富氧发生装置。
该系统的工作过程如下：来自水泥煅烧装置的高温烟气经过余热锅炉换热面换热、降温后，从余热锅炉出口引出，进入空气预热器中进行换热，换热后的烟气送至除尘器降尘。冷空气经过空气过滤器过滤后，送至空气预热器中，与烟气换热后，温度升高到设计值；升温后的空气与富氧发生装置产生的富氧在混风装置中混合成所需的温度和浓度后，送至富氧助燃喷嘴。余热锅炉给水装置将除氧水送至余热锅炉的省煤器入口，除氧水经过省煤器受热面加热后，分成两路；其中一路送至余热锅炉汽包中，另一路送至SNCR系统的尿素溶解储罐中，用于尿素的加热和溶解，溶解并达到规定浓度的尿素溶液先送至稀释模块，稀释至设计浓度后最终送至设在窑尾分解炉内的SNCR装置的还原剂喷枪，用于烟气的脱硝。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1、利用水泥窑余热锅炉排放的烟气的余热，进行助燃空气的预热，可以进一步提高富氧燃烧的效率，减少煤耗，通过计算水泥厂可综合节煤2~15%左右，从而节约成本。
2、由于利用了水泥窑余热锅炉排放的烟气余热进行助燃空气的预热，替代了现有技术通常采用电加热进行助燃空气的预热，避免了电能损耗，节约了运行成本。以2500t/d水泥生产线为例，窑头助燃空气为90000Nm3/h，窑尾助燃空气量为135000 Nm3/h，如果采用电加热，将该部分助燃空气由25℃加热至100℃左右，每天耗费的电能为1946.6度，每年按工作300天计，加热助燃空气耗费的电量为583983度，每度电按0.6元计，每年可节省费用35万元。
3、该技术采用省煤器104℃的热水用于尿素的溶解，替代了现有技术使用蒸汽，进行尿素的加热和溶解，避免的高品质能源的损耗。同样以2500 t/d水泥生产线为例，采用SNCR系统进行脱硝，每日需要蒸汽量为300t。采用省煤器的热水后，可以节省此部分蒸汽，用于发电。
4、该系统更加紧凑、合理，便于维护。
附图说明  
 图1为本发明例1的流程示意简图。
图2为本发明SNCR装置的还原剂喷枪布置示意简图。
 图3为本发明例2的流程示意简图。
图4为本发明例3的流程示意简图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明:
在图1所示的一种水泥窑综合节能减排一体化系统的流程示意简图中，
其包括水泥煅烧装置1、旁路放风余热锅炉2、除尘装置3、变压吸附法富氧发生装置4、富氧助燃喷嘴5和SNCR装置的尿素溶解罐6。水泥煅烧装置窑尾烟室7的废热烟气出口与旁路放风余热锅炉的烟气入口相连，旁路放风余热锅炉的烟气出口与空气预热器8的烟气入口相连，该空气预热器的烟气出口与除尘装置的入口相连；上述空气预热器的空气入口与空气过滤装置9相连，该空气过滤装置设与外界空气相连的入口。该空气预热器的空气出口与混风装置10的一个入口相连，该混风装置的另一个入口与变压吸附法富氧发生装置相连，该混风装置的出口与富氧助燃喷嘴相连；该富氧助燃喷嘴为两个，它们分别设在水泥窑窑头和窑尾。旁路放风余热锅炉省煤器11的入口与给水平台连接，旁路放风余热锅炉省煤器的出口一支与汽包12相连，另一支分别与SNCR装置的尿素溶解罐的溶剂入口和换热盘管13热介质入口相连，该上部设有尿素入口的SNCR装置的尿素溶解罐的尿素溶液出口与稀释模块14进口相连，该设有软化水进口的稀释模块出口与设在窑尾分解炉15上的6个SNCR装置的还原剂喷枪16相连。SNCR装置的还原剂喷枪在分解炉的布置如图2所示。
该系统的工作过程如下：水泥窑煅烧系统窑尾烟室排出的800-1100℃高温烟气经过旁路放风余热锅炉换热面换热，温度降至180-240℃后，从旁路放风余热锅炉出口引出，进入空气预热器中进行换热，换热后的烟气送至除尘器降尘排放。25℃的冷空气经过空气过滤装置过滤后，送至空气预热器中，与烟气换热后，温度升高到100℃左右；升温后的空气与变压吸附法富氧发生装置产生的富氧在混风装置中混合成26-28%的富氧空气后，送至富氧助燃喷嘴。旁路放风余热锅炉给水装置将除氧水送至旁路放风余热锅炉的省煤器入口，除氧水经过省煤器受热面加热后，分成两路：其中一路送至余热锅炉汽包中，另一路与SNCR系统的尿素溶解罐的溶剂入口和SNCR系统尿素溶解罐中的换热盘管热介质入口相连，用于尿素的加热溶解，溶液浓度达到50%后，送至SNCR稀释模块，稀释至5%-10%后的尿素溶液最终送至SNCR装置的还原剂喷枪，用于烟气的脱硝。
在图3所示的一种水泥窑综合节能减排一体化系统的流程示意简图中，其包括水泥煅烧装置、窑尾余热锅炉17、除尘装置、膜法富氧发生装置18、富氧助燃喷嘴和SNCR装置的尿素溶解罐。水泥煅烧装置五级预热器19的废热烟气出口与窑尾余热锅炉的烟气入口相连，窑尾余热锅炉的烟气出口与空气预热器的烟气入口相连，空气预热器的烟气出口与除尘装置相连；上述的空气预热器的空气入口与空气过滤装置相连，该空气过滤装置设与外界空气相连的入口。空气预热器的空气出口与混风装置的一个入口相连，混风装置的另一个入口与膜法富氧发生装置相连，混风装置的出口与富氧助燃喷嘴相连；该富氧助燃喷嘴为两个，它们分别设在水泥窑窑头和窑尾。窑尾余热锅炉省煤器20的入口与给水平台连接，窑尾余热锅炉省煤器的出口一支与汽包相连，另一支与SNCR装置尿素溶解罐中的换热盘管热介质入口相连，该上部设有尿素及软化水入口的SNCR装置的尿素溶解罐的尿素溶液出口与SNCR稀释模块进口相连，该设有软化水进口的稀释模块出口与设在窑尾分解炉上的6个SNCR装置的还原剂喷枪相连。
该系统的工作过程如下：水泥窑煅烧系统窑尾五级预热器出口的300-400℃烟气经过窑尾余热锅炉换热面换热，温度降至160-220℃后，从窑尾余热锅炉出口引出，进入空气预热器中进行换热，换热后的烟气送至除尘器降尘。25℃的冷空气经过空气过滤装置过滤后，送至空气预热器中，与烟气换热后，温度升高到100℃左右；升温后的空气与膜法富氧发生装置产生的富氧在混风装置中混合成26-28%的富氧空气后，送至富氧助燃喷嘴。窑尾余热锅炉给水装置将除氧水送至窑尾余热锅炉的省煤器入口，除氧水经过省煤器受热面加热后，分成两路：其中一路送至余热锅炉汽包中，另一路送至SNCR系统的尿素溶解储罐中的换热盘管热介质入口，用于尿素的加热溶解，溶液浓度达到50%后，送至SNCR稀释模块，稀释至5%-10%后的尿素溶液最终送至SNCR装置的还原剂喷枪，用于烟气的脱硝。
在图4所示的一种水泥窑综合节能减排一体化系统的流程示意简图中，其包括水泥煅烧装置、窑头余热锅炉21、除尘装置、深冷法富氧发生装置22、富氧助燃喷嘴和SNCR系统的尿素溶解罐。水泥煅烧装置窑头篦冷机23热烟气取出口与窑头余热锅炉的烟气入口相连，窑头余热锅炉的出口与空气预热器的烟气入口相连，空气预热器的烟气出口与除尘装置相连；上述的空气预热器的空气入口与空气过滤装置相连，该空气过滤装置设与外界空气相连的入口。空气预热器的空气出口与混风装置的一个入口相连，混风装置的另一个入口与深冷法富氧发生装置相连，混风装置的出口与富氧助燃喷嘴相连，该富氧助燃喷嘴为两个，分别设在窑头或窑尾。窑头余热锅炉省煤器24的入口与给水平台连接，窑头余热锅炉省煤器的出口一支与汽包相连，另一支与SNCR系统的尿素溶解罐的溶剂入口和SNCR装置尿素溶解罐中的换热盘管热介质入口相连，该上部设有尿素入口的SNCR装置的尿素溶解罐的尿素溶液出口与SNCR稀释模块进口相连，该稀释模块出口与设在窑尾分解炉上的6个SNCR装置的还原剂喷枪相连。
该系统的工作过程如下：水泥窑煅烧系统窑头篦冷机取风口的300-400℃烟气经过窑头余热锅炉换热面换热，温度降至140-160℃后，从窑头余热锅炉出口引出，进入空气预热器中进行换热，换热后的烟气送至除尘器降尘。25℃的冷空气经过空气过滤装置过滤后，送至空气预热器中，与烟气换热后，温度升高到80-100℃左右；升温后的空气与深冷法富氧发生装置产生的富氧在混风装置中混合成26-28%的富氧空气后，送至富氧助燃喷嘴。窑头余热锅炉给水装置将除氧水送至窑头余热锅炉的省煤器入口，除氧水经过省煤器受热面加热后，分成两路：其中一路送至余热锅炉汽包中，另一路与SNCR系统的尿素溶解罐的溶剂入口和SNCR系统尿素溶解罐中的换热盘管热介质入口相连，用于尿素的加热溶解，溶液浓度达到50%浓度后，送至SNCR稀释模块，稀释至5%-10%后的尿素溶液最终送至SNCR装置的还原剂喷枪，用于烟气的脱硝。

Claims (9)

1.一种水泥窑综合节能减排一体化系统，其特征在于：余热锅炉的烟气入口与水泥煅烧装置的烟气取出口相连，上述余热锅炉烟气的出口与空气预热器的烟气入口相连，该空气预热器的烟气出口与除尘装置入口相连，上述空气预热器的空气入口与外界空气相连，空气预热器的空气出口与混风装置的一个入口相连，该混风装置的另一个入口与富氧发生装置相连，该混风装置的出口与富氧助燃喷嘴相连，该富氧助燃喷嘴分别设在窑头或窑尾，余热锅炉省煤器的入口与给水平台连接，余热锅炉省煤器的出口一支与汽包相连，另一支与SNCR装置的尿素溶解罐相连，该上部设有尿素入口的SNCR装置的尿素溶解罐其尿素溶液出口与稀释模块进口相连，该稀释模块出口与设在窑尾分解炉上的SNCR装置的还原剂喷枪相连。
2.根据权利要求1所述的水泥窑综合节能减排一体化系统，其特征在于：水泥煅烧装置的烟气取出口或是水泥煅烧装置窑尾烟室废热烟气取出口，或是水泥煅烧装置多级预热器的废热烟气取出口，或是水泥煅烧装置窑头篦冷机废热烟气取出口。
3.根据权利要求1所述的水泥窑综合节能减排一体化系统，其特征在于：余热锅炉省煤器的出口另一支其可以与尿素溶解罐进口相连，其也可以与设在尿素溶解罐内的换热盘管热介质入口相连，还可以既与尿素溶解罐进口相连，又可以与设在尿素溶解罐内的换热盘管热介质入口相连。
4.根据权利要求1所述的水泥窑综合节能减排一体化系统，其特征在于：所述的空气预热器的空气入口可以通过空气过滤装置与外界空气相连。
5.根据权利要求1所述的水泥窑综合节能减排一体化系统，其特征在于：所述余热锅炉可以是窑头余热锅炉，可以是窑尾余热锅炉，还可以是窑尾旁路放风余热锅炉。
6.根据权利要求1所述的水泥窑综合节能减排一体化系统，其特征在于：所述的富氧发生装置可以是膜法富氧发生装置，可以是变压吸附法富氧发生装置，还可以是深冷法富氧发生装置。
7.根据权利要求1所述的水泥窑综合节能减排一体化系统，其特征在于：所述的富氧助燃喷嘴可以通入至水泥窑的一次风、二次风、三次风或在燃烧器附近单独喷入。
8.根据权利要求1所述的水泥窑综合节能减排一体化系统，其特征在于：所述的富氧助燃喷嘴为n个，其中1≤n≤20。
9.根据权利要求1所述的水泥窑综合节能减排一体化系统，其特征在于：所述的SNCR装置的还原剂喷枪为n个，其中1≤n≤20。
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