CN103868061A - 一种适用于水泥窑的环保型富氧燃烧方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适用于水泥窑的环保型富氧燃烧方法及其装置。本发明属于干法水泥生产技术领域。适用于水泥窑的环保型富氧燃烧方法，包括以下工艺步骤：(1)制备富氧空气：采用膜法制氧产生富氧空气；(2)富氧助燃：富氧空气第一路通过空气冷却器后进入窑头煤风管道，第二路通过一次风机送入窑头净风管道，第三路通过分解炉分级燃烧脱硝管送入分解炉。适用于水泥窑的环保型富氧燃烧装置，包括空气过滤器、离心风机、膜分离器、真空泵、稳压缓冲罐以及连接管道；空气过滤器通过离心风机连接膜分离器，膜分离器连接真空泵，真空泵连通三路管道。本发明能够有效地降低水泥窑NOx排放浓度以及提高煤粉完全燃烧程度，达到节能降耗及降低NOx排放浓度的环保效果。

Description

一种适用于水泥窑的环保型富氧燃烧方法及其装置

技术领域

本发明属于干法水泥生产技术领域，特别是涉及一种适用于水泥窑的环保型富氧燃烧方法及其装置。

背景技术

目前，在水泥行业中，一些欧美发达国家对水泥窑富氧燃烧技术进行了长期深入的研究，诸如像Lafarge Corporation-Alpena等美国水泥厂加装了富氧助燃设备；国内涌现了大批优秀的制氧设备生产厂家并应用于国内一些水泥生产线上。

新型干法水泥生产工艺对原煤的设计有一定的要求，一般回转窑煅烧用煤质量要求：灰分A_d<27%，挥发分V_daf>25%，发热量Q_net，ar>21000kJ/kg。然而在很多生产线上，由于原煤的灰分过高，热值过低，往往导致燃料的不完全燃烧等一系列问题，严重影响了熟料生产过程中的能耗水平。针对新型干法水泥生产的新工艺，在分解炉系统和回转窑系统分别加入富氧空气以促进燃料的充分燃烧，稳定整个窑系统的热工制度和提高水泥质量已作为水泥窑富氧燃烧的主流方案应用于一些水泥生产企业中。

但是，现阶段国内外针对水泥窑富氧燃烧技术的大多停留在在如何降低单位熟料的煤耗上，基本没有涉及到减少NO_x的排放浓度。因此在好多生产线加装富氧助燃设备后虽然在节能方面取得了一定的效果，但在降低NO_x的排放浓度、特别在降低分解炉内产生的NO_x浓度并没有取得良好的效果，在一些生产线上反而有一定程度的增加，产生了NO_x排放造成的环保新问题。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种适用于水泥窑的环保型富氧燃烧方法及其装置。

本发明根据新型干法水泥生产线的特点，在回转窑和分解炉的相应位置通入稳定的富氧空气，达到节能降耗及降低NO_x排放浓度的目的。本发明的目的在于既能降低单位熟料煤耗、又能降低NO_x排放浓度的基于膜法制氧的水泥窑环保型富氧燃烧方法。

本发明的目的之一是提供一种具有能够有效的降低水泥窑特别是使用劣质煤水泥窑的NO_x排放浓度以及提高水泥窑煤粉的完全燃烧程度，从而达到节能降耗及降低NO_x排放浓度的环保效果，能实现热量回收利用等特点的适用于水泥窑的环保型富氧燃烧方法。

本发明适用于水泥窑的环保型富氧燃烧方法所采取的技术方案是：

一种适用于水泥窑的环保型富氧燃烧方法，其特点是：适用于水泥窑的环保型富氧燃烧方法包括以下工艺步骤：

（1）制备富氧空气

采用膜法制氧方式，使用膜分离器产生富氧空气；

（2）富氧助燃

制备的富氧空气分三部分进行富氧助燃，第一路通过空气冷却器后进入窑头煤风管道，第二路通过一次风机送入窑头净风管道，第三路通过分解炉分级燃烧脱硝管送入分解炉。

本发明适用于水泥窑的环保型富氧燃烧方法还可以采取如下技术措施：

所述的适用于水泥窑的环保型富氧燃烧方法，其特点是：膜法制氧时，过滤后的干净空气通过离心风机送入膜分离器产生25-30%的富氧空气。

所述的适用于水泥窑的环保型富氧燃烧方法，其特点是：膜法制氧时，膜分离器的负压由干式罗茨真空泵提供，出口富氧空气温度为110-150℃。

所述的适用于水泥窑的环保型富氧燃烧方法，其特点是：富氧空气三部分进行富氧助燃时，第一路进入窑头煤风管道、第二路送入窑头净风管道、第三路送入分解炉的富氧空气的体积比为1:1-3:2-3，分解炉的主燃区空气过剩系数为0.5-0.9。

所述的适用于水泥窑的环保型富氧燃烧方法，其特点是：富氧空气三部分进行富氧助燃时，每一路的流量采用手动调节阀进行调节。

所述的适用于水泥窑的环保型富氧燃烧方法，其特点是：第一路富氧空气通过空气冷却器降至50-90℃后进入稳压缓冲罐，然后送入窑头煤风管道；第二路富氧气体通过稳压缓冲罐后用一次风机送入窑头净风管道内。

本发明的目的之二是提供一种具有结构简单，操作方便，能够有效的降低水泥窑特别是使用劣质煤水泥窑的NO_x排放浓度以及提高水泥窑煤粉的完全燃烧程度，从而达到节能降耗及降低NO_x排放浓度的环保效果等特点的适用于水泥窑的环保型富氧燃烧装置。

本发明适用于水泥窑的环保型富氧燃烧装置所采取的技术方案是：

一种适用于水泥窑的环保型富氧燃烧装置，其特点是：适用于水泥窑的环保型富氧燃烧装置包括空气过滤器、离心风机、膜分离器、真空泵、稳压缓冲罐以及连接管道；空气过滤器通过离心风机连接膜分离器，膜分离器连接真空泵，真空泵连通三路管道，第一路管道通过空气冷却器后连通窑头煤风管道，第二路管道通过一次风机连通窑头净风管道，第三路管道通过分解炉分级燃烧脱硝管连通分解炉。

本发明适用于水泥窑的环保型富氧燃烧方法还可以采取如下技术措施：

所述的适用于水泥窑的环保型富氧燃烧装置，其特点是：真空泵为干式罗茨真空泵，干式罗茨真空泵为膜分离器提供负压。

所述的适用于水泥窑的环保型富氧燃烧装置，其特点是：膜分离器的数量为2-6组，每组膜分离器分别安装闸阀，吹扫管道和放空管道所采用的闸阀为电动调节阀。

所述的适用于水泥窑的环保型富氧燃烧装置，其特点是：三路管道均装有调节阀，第一路管道通过空气冷却器首先进入稳压缓冲罐，然后连通窑头煤风管道；第二路管道通过稳压缓冲罐后用一次风机连通窑头净风管道。

本发明具有的优点和积极效果是：

适用于水泥窑的环保型富氧燃烧方法及其装置由于采用了本发明全新的技术方案，与现有技术相比，本发明能够有效的降低水泥窑特别是使用劣质煤水泥窑的NO_x排放浓度以及提高水泥窑煤粉的完全燃烧程度，从而达到节能降耗及降低NO_x排放浓度的环保效果。此外，本发明装置充分利用了在制氧过程中所消耗的部分热量，实现了热量的回收利用。本发明扣除富氧设备产生的电耗后，净节煤率至少在3%以上，NO_x的排放量降低30%以上，具有明显的积极效果。

附图说明

图1是本发明适用于水泥窑的环保型富氧燃烧装置的结构示意图。

图中，1.空气过滤器，2.离心风机，3.手动阀,4.手动阀,5.离心风机,6.手动阀,7.手动阀,8.膜分离器,9.电动阀,10.调节阀,11.干式罗茨真空泵,12.放空阀,13.电动调节阀,14.电动调节阀,15.脱硝管,16.调节阀,17.缓冲罐,18.调节阀,19.空冷换热器,20.缓冲罐,21.煤风管道,22.净风管道,23.调节阀,24.调节阀。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并结合附图详细说明如下：

参照附图1。

实施例1

一种适用于水泥窑的环保型富氧燃烧方法，其特点是：适用于水泥窑的环保型富氧燃烧方法包括以下工艺步骤：

1.制备富氧空气

采用膜法制氧方式，使用膜分离器产生富氧空气；膜法制氧时，过滤后的干净空气通过离心风机送入膜分离器，分离器的负压由干式罗茨真空泵提供。过滤后的干净空气通过离心风机在接近常压状态下送入膜分离器后产生27±1%的富氧空气，出口氧含量27±1%的富氧空气温度为130℃左右。

2.富氧助燃

制备的富氧空气分三部分进行富氧助燃，每一路的流量采用手动调节阀进行调节。第一路富氧空气通过空气冷却器降至50-90℃后进入稳压缓冲罐，然后送入窑头煤风管道；第二路富氧气体通过稳压缓冲罐后用一次风机送入窑头净风管道内；第三路通过分解炉分级燃烧脱硝管送入分解炉。富氧空气三部分进行富氧助燃时，第一路进入窑头煤风管道、第二路送入窑头净风管道、第三路送入分解炉的富氧空气的体积比为1:1-3:2-3。

实施例2

一种适用于水泥窑的环保型富氧燃烧装置，包括空气过滤器1、离心风机2和离心风机5、膜分离器8、干式罗茨真空泵11、稳压缓冲罐以及连接管道。膜分离器8的数量为4组，每组膜分离器分别安装闸阀，吹扫管道和放空管道所采用的闸阀为电动调节阀。空气过滤器通过离心风机连接膜分离器8，膜分离器8连接干式罗茨真空泵11，干式罗茨真空泵11为膜分离器8提供负压。干式罗茨真空泵8连通三路管道，三路管道均装有手动调节阀进行流量分派调节。第一路管道通过空气冷却器首先进入稳压缓冲罐20，然后连通窑头煤风管道21；第二路管道通过稳压缓冲罐17后用一次风机连通窑头净风管道22；第三路管道通过分解炉分级燃烧脱硝管15连通分解炉。

本实施例的具体结构及实施过程：

一种适用于水泥窑的环保型富氧燃烧装置，可减少NO_x排放，降低单位熟料煤耗。本发明由高性能、低阻力空气过滤器1，离心风机2、离心风机5，检测用手动阀3、检测用手动阀4、检测用手动阀6、检测用手动阀7，膜组件8，吹扫用电动阀9、流量调节阀10、流量调节阀16、流量调节阀18、流量调节阀23和流量调节阀24，干式罗茨真空泵11，放空阀12，电动调节阀14，脱氮管15，空冷换热器19、富氧空气缓冲罐17和富氧空气缓冲罐20以及输送管道组成。其中,上述空气过滤器为水洗过滤器或过滤效果更好的其它类型过滤器，过滤器和膜之间的气体输送采用离心风机完成，此离心风机所提供的压能要能够克服输送管道的阻力,并以接近大气压的压力通入膜组件中。上述富氧装置出口分为3个支路，第一路通过降温后进入窑头煤粉通道，第二路通入窑头净风管道，第三路通过脱氮管通入分解炉内。

实验表明，挥发分形成的NO是燃料型NO_x主要组成部分，基本和煤粉挥发分释放燃烧同步进行，出现在距离煤粉燃烧器很近的位置。因此，通过改变运行工况，控制煤粉在火焰初期和空气的混合程度，就可以很好的控制挥发分NO_x的形成。由于氧气的浓度与煤粉的燃烧有很大的关系，单位体积内氧浓度越高，燃料的燃尽时间越短，燃烧越充分。本发明利用上述煤粉燃烧的特点，采用以下的方式：

1.空气通过过滤器后，洁净的空气通过离心鼓风机进入膜分离器，在膜分离器中，由干式罗茨真空泵产生的负压（约-50KPa）在膜系统中分离出27±1%的富氧空气。

2.产生的富氧空气形成三个支路。第一路通过窑头煤风风机送入窑头煤粉燃烧器。由于膜法制氧系统的负压由干式真空泵产生，因此产生的富氧气体的温度在130℃左右。而在煤粉的输送过程中，过高的空气温度会造成煤粉的爆燃。因此，在通入煤粉通道之前，在此支路加装了一台空气冷却器。经过空气冷却器，富氧气体的温度达到煤粉输送要求后，用富氧空气代替原窑头送煤风。当稳压罐的压力超过压力容器最高压力限额时，排气阀自动打开，维持稳压罐安全平稳的运行。

3.第二路的高温富氧空气通过稳压罐的稳压作用后，由一次罗茨风机送入窑头燃烧器内。类似步骤2，当稳压罐的压力超过压力容器最高压力限额时，排气阀自动打开，维持稳压罐安全平稳的运行。

4.第三路的高温富氧空气通过分解炉空气分级燃烧脱硝管，直接通入分解炉内，通过三次风管和脱硝管闸阀的调节，使分解炉的主燃区空气过剩系数在0.7左右，使主燃区处于“富燃料燃烧”状态，并保证还原区域内的燃料停留时间为0.4-1.4s左右,气流停留时间在0.1-0.3s左右。促使燃料先在缺氧的富氧燃料条件下燃烧，利用不完全燃烧过程中形成的还原性中间产物还原部分已经形成的NO_x,并通过燃烧气氛的控制抑制NO_x的生成。烟气通过还原区反应后进一步补入富氧空气，从而提高了炉内煤粉的完全燃烧程度。这样在不增加炉容的情况下达到减少NO_x排放，节能降耗的目的。

本实施例能够有效地降低水泥窑特别是使用劣质煤水泥窑的NO_x排放浓度以及提高水泥窑煤粉的完全燃烧程度，从而达到节能降耗及降低NO_x排放浓度的环保效果。本工艺充分利用了在制氧过程中所消耗的部分热量，实现了热量的回收利用，具有所述的各种积极效果。

Claims (10)

1.一种适用于水泥窑的环保型富氧燃烧方法，其特征是：适用于水泥窑的环保型富氧燃烧方法包括以下工艺步骤：

（1）制备富氧空气

采用膜法制氧方式，使用膜分离器产生富氧空气；

（2）富氧助燃

制备的富氧空气分三部分进行富氧助燃，第一路通过空气冷却器后进入窑头煤风管道，第二路通过一次风机送入窑头净风管道，第三路通过分解炉分级燃烧脱硝管送入分解炉。

2.根据权利要求1所述的适用于水泥窑的环保型富氧燃烧方法，其特征是：膜法制氧时，过滤后的干净空气通过离心风机送入膜分离器产生25-30%的富氧空气。

3.根据权利要求2所述的适用于水泥窑的环保型富氧燃烧方法，其特征是：膜法制氧时，膜分离器的负压由干式罗茨真空泵提供，出口富氧空气温度为110-150℃。

4.根据权利要求1、2或3所述的适用于水泥窑的环保型富氧燃烧方法，其特征是：富氧空气三部分进行富氧助燃时，第一路进入窑头煤风管道、第二路送入窑头净风管道、第三路通过分解炉分级燃烧脱硝管送入分解炉,分解炉的主燃区空气过剩系数为0.5-0.9。

5.根据权利要求4所述的适用于水泥窑的环保型富氧燃烧方法，其特征是：富氧空气三部分进行富氧助燃时，每一路的流量采用手动调节阀进行调节。

6.根据权利要求4所述的适用于水泥窑的环保型富氧燃烧方法，其特征是：第一路富氧空气通过空气冷却器降至50-90℃后进入稳压缓冲罐，然后送入窑头煤风管道；第二路富氧气体通过稳压缓冲罐后用一次风机送入窑头净风管道内。

7.一种适用于水泥窑的环保型富氧燃烧装置，其特征是：适用于水泥窑的环保型富氧燃烧装置包括空气过滤器、离心风机、膜分离器、真空泵、稳压缓冲罐以及连接管道；空气过滤器通过离心风机连接膜分离器，膜分离器连接真空泵，真空泵连通三路管道，第一路管道通过空气冷却器后连通窑头煤风管道，第二路管道通过一次风机连通窑头净风管道，第三路管道通过分解炉分级燃烧脱硝管连通分解炉。

8.根据权利要求7所述的适用于水泥窑的环保型富氧燃烧装置，其特征是：真空泵为干式罗茨真空泵，干式罗茨真空泵为膜分离器提供负压。

9.根据权利要求7所述的适用于水泥窑的环保型富氧燃烧装置，其特征是：膜分离器的数量为2-6组，每组膜分离器分别安装闸阀，吹扫管道和放空管道所采用的闸阀为电动调节阀。

10.根据权利要求7、8或9所述的适用于水泥窑的环保型富氧燃烧装置，其特征是：三路管道均装有调节阀，第一路管道通过空气冷却器首先进入稳压缓冲罐，然后连通窑头煤风管道；第二路管道通过稳压缓冲罐后用一次风机连通窑头净风管道。

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