CN104033893B

CN104033893B - 水泥窑富氧燃烧系统

Info

Publication number: CN104033893B
Application number: CN201410297979.3A
Authority: CN
Inventors: 王春文; 李文斌; 翟晓平
Original assignee: Guangxi Ju Wei Energy Science Co Ltd
Current assignee: Guangxi Ju Wei Energy Science Co Ltd
Priority date: 2014-06-28
Filing date: 2014-06-28
Publication date: 2016-01-20
Anticipated expiration: 2034-06-28
Also published as: CN104033893A

Abstract

本发明公开了一种水泥窑富氧燃烧系统，涉及窑炉设备技术领域；本发明采用膜法制氧和分子筛制氧共同供氧，膜法制氧提供低浓度大流量富氧，分子筛制氧提供高浓度小流量富氧，两者结合在一起可随意调节富氧流量和浓度。混合后的富氧空气经高压风机增压后，通入四风道燃烧器喷入回转窑或与煤粉混合后进入分解炉进行富氧燃烧。它可以解决现有的水泥窑节能效果不显著，烟尘排放不达标的问题。

Description

水泥窑富氧燃烧系统

技术领域

本发明涉及窑炉设备技术领域，尤其是一种用于干法水泥窑生产线的水泥窑富氧燃烧系统。

背景技术

能源紧缺、气候异常已经成为当今我国各级政府及各行各业首要关注的热点，随着全球经济的快速增长，对能源的需求越来越大，能源已成为制约经济增长的瓶颈。水泥建材业属高耗能行业，2012年底我国水泥企业已有5000家，干法水泥生产线达到1637条，孰料产能超16亿吨，节能降耗减排任务艰巨。我国水泥窑使用的主要燃料为煤粉，以空气作燃烧助燃剂，燃烧热效率低，导致煤耗高，排放烟尘损失大。长期以来水泥企业非常关注行业节能技术的推广和应用，近几年逐步开展和实施了诸如：采用新型燃烧装置、减少窑墙散热损失、烟气余热回收等节能技术，并取得了较好的节能环保效果。富氧燃烧技术因其节能环保效果的优越性正在受到愈来愈多人的关注，在水泥窑应用富氧助燃技术可获得明显的节能效果与减少大气污染的环保效应，综合效益十分显著，在西方工业国家，富氧燃烧技术被称为“资源性创造技术”。

国内水泥窑应用富氧燃烧技术已有先例，考虑到生产成本问题，大部分企业富氧燃烧系统采用膜法制氧装置来提供富氧空气，富氧流量3000～15000m³/h，富氧浓度为22％－30％，其工作流程为：空气经过空气过滤器滤除掉空气中的粉尘颗粒及油污等杂质，由鼓风机送入富氧膜分离器，通过水环真空泵抽取真空，使富氧膜分离器形成负压，在压力差的作用下，渗透速率较快的氧气率先被分离出来，产生氧气含量为28%左右的富氧空气，富氧空气再经汽水分离器脱除富氧气体中的水分，经高压风机增压后，通入三风道燃烧器喷入回转窑或进入分解炉进行富氧燃烧。单纯膜法制氧提供的富氧空气的流量和浓度都是固定不变的，对水泥窑复杂的生产工艺变化要求的适应性差，节能效果不显著，烟尘排放不达标。

发明内容

本发明的目的是提供一种水泥窑富氧燃烧系统，它可以解决现有的水泥窑节能效果不显著，烟尘排放不达标的问题。

为了解决上述问题，本发明采用的技术方案是：这种水泥窑富氧燃烧系统，包括空气过滤器，鼓风机，膜分离器，真空泵，缓冲罐，第一增压风机，第二增压风机，还包括有富氧煤粉燃烧器和分子筛；所述富氧煤粉燃烧器包括壳体；在所述壳体内以其轴线为中心依次设置有油枪通道，旋流风道，煤风道和直流风道；所述壳体一端连接有由多节管子构成的进风管道，所述油枪通道，旋流风道，煤风道和直流风道一端从所述进风管道穿出；所述壳体另一端设置有喷嘴；在所述壳体内的所述旋流风道一端设置有旋流器；所述旋流风道和所述直流风道伸出所述进风管道的一端分别与一次风管道连通；在所述旋流风道和所述油枪通道之间还设置有中心风道；所述进风管道至少有一节管子分为两段，该两段管子通过弹性管连接；所述空气过滤器的入口接收空气，该空气过滤器的出口通过管道与所述鼓风机连接，所述鼓风机的出口与所述膜分离器的入口连通；所述膜分离器的一个出口通过管道与所述真空泵入口连通，另一出口用于排放废气；所述真空泵的出气端与所述缓冲罐连通，该缓冲罐设有两个出气口，一个所述出气口通过管道与所述第一增压风机连通，另一所述出气口通过管道与所述第二增压风机连通；所述第一增压风机的出口与所述第一储气罐的入口连通，所述第二增压风机的出口与所述第二储气罐的一个入口连通；所述第一储气罐的出口分别与所述富氧煤粉燃烧器的所述中心风道和所述煤风道连通；所述第二储气罐的另一个入口与所述分子筛的出口连通，其出口分别与所述富氧煤粉燃烧器的一次风管道和分解炉连通；所述分子筛的进口与干燥器的出口连通，所述干燥器的进口与空压机的出口连通；所述鼓风机，真空泵，第一增压风机，第二增压风机，空压机和电动阀均与电气控制装置连接。

上述技术方案中，更为具体的方案还可以是：所述喷嘴为高分散外风喷嘴；所述进风管道通过连接件与移动小车连接。

进一步地：所述弹性管为波纹管。

进一步：所述鼓风机为高压离心风机；所述真空泵为干式罗茨真空泵。

由于采用了上述技术方案，本发明与现有技术相比，具有的有益效果是：

1）、由于设置了中心风道，所以这种四风道燃烧器的综合节能率可达5%以上；

2）、由于采用膜法制氧和分子筛制氧共同供氧，膜法制氧提供低浓度大流量富氧，分子筛制氧提供高浓度小流量富氧，两者结合在一起可随意调节富氧流量和浓度。所以，采用本技术后，综合节能率可达10%以上，既节约能源，又降低了烟尘、烟气排放，经济效益和环保效益显著。

以国内某厂2800TDP水泥生产线为例，富氧燃烧装置（流量9000Nm3/h，浓度26%）和空气燃烧装置比较，得出的综合应用效果如下表：

按上述测试结果计算，年（300天）可节约标煤：2800×8×300=6720000kg，即6720t，标煤价按800元/t计，年创经济效益为：6720×1000=5376000元，即537.6万元；年减少CO2排放量：2800×20×300=16800000kg，即16800t，经济效益和环保效益显著。

附图说明

图1是本发明的示意图。

图2是富氧煤粉燃烧器结构示意图。

图3是图2的局部放大图。

图4是富氧煤粉燃烧器的喷嘴示意图。

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述：

图1所示的水泥窑富氧燃烧系统，包括空气过滤器112，高压离心风机111，膜分离器110，干式罗茨真空泵109，缓冲罐108，第一增压风机106，第二增压风机107，富氧煤粉燃烧器103和分子筛114；图2，图3和图4所示的富氧煤粉燃烧器103包括壳体；在壳体内以其轴线为中心依次设置有油枪通道01，旋流风道03，煤风道04和直流风道05；壳体一端连接有由多节管子构成的进风管道，油枪通道01，旋流风道03，煤风道04和直流风道05一端从进风管道穿出；壳体另一端设置有喷嘴06；在壳体内的旋流风道03一端设置有旋流器07；旋流风道03和直流风道05伸出进风管道的一端分别与一次风管道010连通；在旋流风道03和油枪通道01之间还设置有中心风道02；进风管道有二节管子分为两段，该两段管子通过波纹管09连接；进风管道通过连接件与移动小车08连接。

空气过滤器112的入口接收空气，该空气过滤器的出口通过管道与高压离心风机111连接，高压离心风机111的出口与膜分离器110的入口连通；膜分离器110的一个出口通过管道与干式罗茨真空泵109连通，另一出口用于排放废气；干式罗茨真空泵109的出气端与缓冲罐108连通，该缓冲罐设有两个出气口，一个所述出气口通过管道与所述第一增压风机106连通，另一出气口通过管道与第二增压风机107连通；第一增压风机106的出口与第一储气罐104的入口连通，第二增压风机107的出口与第二储气罐105的一个入口连通；第一储气罐104的出口分别与富氧煤粉燃烧器103的中心风道02和煤风道04连通；第二储气罐105的另一个入口与所述分子筛114的出口连通，其出口分别与富氧煤粉燃烧器103的一次风管道010和分解炉102连通；分子筛114的进口与干燥器115的出口连通，干燥器115的进口与空压机116的出口连通；高压离心风机111，干式罗茨真空泵109，第一增压风机106，第二增压风机107，空压机116和电动阀均与电气控制装置117连接。

空气过滤器112与外界自然空气连通，出口通过管道连接高压离心风机111的进口，空气过滤器112配备双级高效过滤筒，一级湿式过滤筒在喷水条件下可滤除空气中大部分粉尘颗粒及油污，二级干式过滤筒可滤除剩余小颗粒粉尘，过滤效率达99%；高压离心风机111进口配置手动阀门控制风量，连通空气过滤器112将洁净空气送入膜分离器110；膜分离器110由空气均配箱、膜组件、富氧均分管、外壳组成，高压离心风机111送入的高压风进入空气均配箱分别通入膜组件进行氧、氮分离，富氧空气由富氧均分器汇集后通入干式罗茨真空泵109的进口，膜分离器110根据膜组件的数量进行组装拼接，达到生产工艺要求的富氧流量。干式罗茨真空泵109，相比水环真空泵省略了水循环干燥设备，压缩后的富氧空气温度达120～150℃，提高了富氧燃烧热效率。干燥器115进口连接空压机116出口，将空压机116输入的空气进行干燥脱湿处理，干燥后的空气通入分子筛114，分子筛114在高压条件下将空气中的氮气吸附脱除，解吸后的富氧空气由管道阀门接入第二储气罐105储存。四风道的富氧煤粉燃烧器103相较三风道燃烧器增加了中心风，中心风的设计可稳定燃烧火焰长度和温度，并可调整射流中心回流区的负压，改变头部高温区的位置及大小，促进固定碳的燃烧，还可以降低火焰中的O₂浓度，从而减少NO_x的生成。电气控制装置117包括控制柜、中控机、传感器、温度计、流量计、压力计、分析仪、电动阀，控制柜包括单台设备启动柜，通过信号电缆连接中控机触摸屏、显示屏，温度计、流量计、压力计、电动阀通过传感器电缆接入中控电脑主机，从而测量各监测点富氧风的温度、流量、压力等参数。

本发明采用膜法制氧和分子筛制氧共同供氧，膜法制氧提供低浓度大流量富氧，分子筛制氧提供高浓度小流量富氧，两者结合在一起可随意调节富氧流量和浓度。膜法制氧装置的富氧流量为3000～15000m³/h，富氧浓度为22％－30％。分子筛制氧装置富氧流量为40～130m³/h，富氧浓度为30％～50％。混合后的富氧空气经高压风机增压后，通入四风道燃烧器喷入回转窑或与煤粉混合后进入分解炉进行富氧燃烧。在助燃领域，富氧浓度在30％左右时综合经济效益最高，膜法制氧和分子筛制氧综合应用可达到工艺要求的氧浓度。本节能系统主要通过加装富氧燃烧节能装置，提高燃料燃烧效率，同时回收富氧空气的压缩热能而实现节能并降低废气排放。实施本燃烧节能系统后的综合节能率可达10%以上，既节约了能源，又降低了烟尘、烟气排放，是水泥建材行业不可多得的节能增效技术。

Claims

1.一种水泥窑富氧燃烧系统，包括空气过滤器（112），鼓风机（111），膜分离器（110），真空泵（109），缓冲罐（108），第一增压风机（106），第二增压风机（107），其特征在于：还包括有富氧煤粉燃烧器（103）和分子筛（114）；所述富氧煤粉燃烧器（103）包括壳体；在所述壳体内以其轴线为中心依次设置有油枪通道（01），旋流风道（03），煤风道（04）和直流风道（05）；所述壳体一端连接有由多节管子构成的进风管道，所述油枪通道（01），旋流风道（03），煤风道（04）和直流风道（05）一端从所述进风管道穿出；所述壳体另一端设置有喷嘴（06）；在所述壳体内的所述旋流风道（03）一端设置有旋流器（07）；所述旋流风道（03）和所述直流风道（05）伸出所述进风管道的一端分别与一次风管道（010）连通；在所述旋流风道（03）和所述油枪通道（01）之间还设置有中心风道（02）；所述进风管道至少有一节管子分为两段，该两段管子通过弹性管（09）连接；所述空气过滤器（112）的入口接收空气，该空气过滤器的出口通过管道与所述鼓风机（111）连接，所述鼓风机（111）的出口与所述膜分离器（110）的入口连通；所述膜分离器（110）的一个出口通过管道与所述真空泵（109）入口连通，另一出口用于排放废气；所述真空泵（109）的出气端与所述缓冲罐（108）连通，该缓冲罐设有两个出气口，一个所述出气口通过管道与所述第一增压风机（106）连通，另一所述出气口通过管道与所述第二增压风机（107）连通；所述第一增压风机（106）的出口与所述第一储气罐（104）的入口连通，所述第二增压风机（107）的出口与所述第二储气罐（105）的一个入口连通；所述第一储气罐（104）的出口与分别与所述富氧煤粉燃烧器（103）的所述中心风道（02）和所述煤风道（04）连通；所述第二储气罐（105）的另一个入口与所述分子筛（114）的出口连通，所述第二储气罐（105）的出口分别与所述富氧煤粉燃烧器（103）的一次风管道（010）和分解炉（102）连通；所述分子筛（114）的进口与干燥器（115）的出口连通，所述干燥器（115）的进口与空压机（116）的出口连通；所述鼓风机（111），真空泵（109），第一增压风机（106），第二增压风机（107），空压机（116）和电动阀均与电气控制装置（117）连接。

2.根据权利要求1所述的水泥窑富氧燃烧系统，其特征在于：所述喷嘴（06）为高分散外风喷嘴；所述进风管道通过连接件与移动小车（08）连接。

3.根据权利要求1或2所述的水泥窑富氧燃烧系统，其特征在于：所述弹性管（09）为波纹管。

4.根据权利要求1或2所述的水泥窑富氧燃烧系统，其特征在于：所述鼓风机（111）为高压离心风机；所述真空泵（109）为干式罗茨真空泵。