CN105276573A

CN105276573A - 风煤料分级低氮燃烧设备与工艺及水泥熟料烧成系统

Info

Publication number: CN105276573A
Application number: CN201510868635.8A
Authority: CN
Inventors: 郑德喜
Original assignee: Tianjin Decheng Zhicheng Cement Building Material Technology Consultation Services Co Ltd
Current assignee: Tianjin Shu green environmental protection science and technology limited company
Priority date: 2015-12-01
Filing date: 2015-12-01
Publication date: 2016-01-27
Anticipated expiration: 2035-12-01
Also published as: CN105276573B

Abstract

本发明涉及风煤料分级低氮燃烧设备与工艺及水泥熟料烧成系统，包括分解炉、三次风阀、旋风筒、回转窑和翻板阀；其特征在于该设备还包括耐高温锁风螺旋输送机、罗茨风机、新增三次风阀和分料阀，所述分解炉上设有三次风进口和被分出去的三次风新进口，三次风总管道经过三次风阀与分解炉上的三次风进口连接；在经过三次风阀之后的三次风总管道上设三次风支路管道，在三次风支路管道上设置新增三次风阀，三次风支路管道经新增三次风阀与被分出去的三次风新进口连接；分解炉锥体的下端面和三次风进口的下边缘之间区域为还原分解区，三次风进口的下边缘与被分出去的三次风新进口的下边缘之间区域为还原抑制区。

Description

风煤料分级低氮燃烧设备与工艺及水泥熟料烧成系统

技术领域

本发明属于建材工业中水泥生产技术领域，具体涉及风煤料分级低氮燃烧设备与工艺及水泥熟料烧成系统。

背景技术

为应对全球气候变化问题，我国发布了GB4915-2013《水泥工业大气污染物排放标准》，要求水泥企业氮氧化物(NO_x)排放标准低于400mg/Nm³，重点地区NO_x排放控制在320mg/Nm³以内。新标准制定后，由于新型干法水泥熟料烧成过程排放的废气中NO_x含量在800-1600mg/Nm³，其低氮燃烧技术的结果还没有达到新标准，因此，不得不采用大量消耗氨水的后续处理方法来降低NO_x的排放量，也就是氨水脱硝技术(即目前广泛使用的SNCR方法)。SNCR方法不足之处是显著增加了企业的运行成本(约5元/吨熟料)，而且，还不可避免地存在氨的逃逸及氨水挥发问题，氨水挥发会产生易燃、易爆和有毒的气体，相应的安全管理费用也会增加，此外，氨水的制造过程中的能耗及污染排放问题也转移到了水泥生产过程中。

现阶段，应用于新型干法水泥熟料烧成系统分解炉中的NO_x排放控制技术有空气分级燃烧技术、燃料分级燃烧技术和SNCR(选择性非催化还原)技术等。在实际生产中观察，SNCR技术虽然NO_x还原效率较高，为60-80％，但在运行成本、氨的逃逸及氨水挥发、能耗、安全等方面存在严重的不足。空气分级燃烧技术NO_x还原效率只有15-25％，受操作控制影响大。燃料分级燃烧技术NO_x还原效率只有15-30％，而且还存在分解炉锥体和烟室的边壁上粘料的问题，导致不能连续正常生产。空气分级燃烧技术和燃料分级燃烧技术的NO_x还原效率低，还需要联合SNCR技术提高NO_x还原效率，因此，均不能大幅度地降低SNCR技术中氨水的使用量。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是：提供一种风煤料分级低氮燃烧设备与工艺及水泥熟料烧成系统。该设备中引入耐高温锁风螺旋输送机和罗茨风机对还原分解区输送生料，提高了生料的分散效果，使料量更稳定，且在经过三次风阀之后的三次风总管道上设三次风支路管道，不会改变回转窑和分解炉用风量平衡的控制方法，没有增加操作控制的难度，能耗低，操作控制简单，能显著提高NO_x还原效率，更适合在水泥熟料烧成系统中进行推广应用；

该工艺高效地发挥了煤燃烧过程还原NO_x的机理，将空气分级燃烧技术、燃料分级燃烧技术与物料分级燃烧技术相结合，并将其综合运用于新型干法水泥熟料烧成系统的分解炉内，即将三次风、煤粉和入分解炉生料同时进行分级的低氮燃烧工艺；该工艺的优点是使煤粉燃烧过程中在分解炉内形成一个用来还原NO_x的区域，NO_x还原效率达到60-80％，显著提高了NO_x的还原效率，可以停止使用SNCR技术降低NO_x排放浓度的方法；

该水泥熟料烧成系统中连接风煤料分级低氮燃烧设备，并应用风煤料分级低氮燃烧工艺，能够显著降低NO_x的排放量，实现低氮燃烧，成本低，且更加环保，有利于水泥企业的进一步推广应用，显著增加经济效益。

本发明解决所述设备技术问题采用的技术方案是：提供一种风煤料分级低氮燃烧设备，包括分解炉、三次风阀、旋风筒、回转窑和翻板阀；其特征在于该设备还包括耐高温锁风螺旋输送机、罗茨风机、新增三次风阀和分料阀，所述分解炉上设有三次风进口和被分出去的三次风新进口，三次风总管道经过三次风阀与分解炉上的三次风进口连接；在经过三次风阀之后的三次风总管道上设三次风支路管道，在三次风支路管道上设置新增三次风阀，三次风支路管道经新增三次风阀与被分出去的三次风新进口连接；分解炉锥体的下端面和三次风进口的下边缘之间区域为还原分解区，三次风进口的下边缘与被分出去的三次风新进口的下边缘之间区域为还原抑制区，被分出去的三次风新进口的下边缘至与分解炉顶部出口连接的旋风筒的进口之间区域为完全燃烧区，还原分解区和还原抑制区的总高度不小于6m；

在不与分解炉连接的旋风筒的下料管上经过翻板阀后连接有分料阀，所述分料阀通过下料管为还原抑制区和完全燃烧区提供生料；在从分料阀进入还原抑制区的下料管上开有支路，该支路的下端与耐高温锁风螺旋输送机的进口连接，耐高温锁风螺旋输送机的出口与还原分解区的下料管进口连接，还原分解区的下料管出口连接有喷料管；所述罗茨风机与耐高温锁风螺旋输送机的出口连接；在原煤粉输送管道上安装有分配阀，经过分配阀的煤粉输送管道的输出端均连接有喷煤管，还原分解区和还原抑制区分别连接相应的喷煤管。

本发明解决所述工艺技术问题采用的技术方案是：提供一种风煤料分级低氮燃烧工艺，该工艺使用上述风煤料分级低氮燃烧设备，具体工艺步骤是：

(1)三次风通过三次风阀后被分级，由新增三次风阀控制，一部分进入还原抑制区，一部分进入完全燃烧区，调节新增三次风阀，控制进入完全燃烧区的三次风量占总三次风量的20-40％，实现三次风的分级；

(2)煤粉通过原煤粉输送管道上的分配阀，分别分配到还原分解区和还原抑制区，通过分配阀控制分配到还原分解区的煤粉量不小于50％，通过喷煤管将煤粉分别喷入至两个区内，实现煤粉的分级；

(3)不与分解炉连接的旋风筒所收集的生料在该旋风筒的下料管上分成三部分分别进入还原分解区、还原抑制区和完全燃烧区，分料阀对进入还原抑制区和完全燃烧区的生料进行分配，在从分料阀进入还原抑制区的下料管上的支路部分，通过耐高温锁风螺旋输送机，将生料输送到还原分解区的下料管进口处，并通过罗茨风机送到喷料管，生料采用喷入方式进入还原分解区内，实现物料的分级；

(4)回转窑内的煤粉燃烧产生的烟气经烟室从分解炉锥体的下端面进入还原分解区，烟气中的NO_x被煤粉热解的产物还原分解后，烟气与煤粉和生料向上进入还原抑制区；在还原抑制区内，煤粉在过剩空气系数为0.7-0.9的低氧条件下燃烧，含少量NO_x的气体同生料和部分未燃尽的煤粉继续向上进入完全燃烧区；在完全燃烧区，未燃尽的煤粉在氧气充足的条件下燃烧并放热，使进入该区的生料继续分解，被分解后的生料随气体从分解炉顶部出口排出分解炉，进入与分解炉顶部出口连接的旋风筒内，实现风煤料分级低氮燃烧。

本发明还保护一种水泥熟料烧成系统，尤其指新型干法水泥熟料烧成系统，该系统中应用上述的风煤料分级低氮燃烧工艺。

与现有技术相比，本发明中风煤料分级低氮燃烧工艺，是指风煤料分级燃烧工艺，该工艺可应用于新型干法水泥熟料烧成系统，能够显著提高新型干法水泥熟料烧成过程中NO_x的还原效率，节约SNCR技术所消耗的费用，进一步优化了空气分级燃烧技术和燃料分级燃烧技术，该工艺的应用不会影响新型干法水泥熟料烧成系统现有的工艺，更利于新型干法水泥熟料烧成系统减少NO_x的排放。具体说：

1)NO_x还原效率提高。本发明风煤料分级低氮燃烧工艺中煤粉被分配到还原分解区的量增加到50％以上，此部分煤粉热解后的产物碳氢基团CH的浓度增加，更有效的还原分解NO_x，提高了NO_x还原效率。现有技术中此区煤粉占煤粉的量在10-20％之间，NO_x还原效率15-30％，受回转窑烟气中氧气O₂含量影响大，当烟气中氧气O₂含量超过3.5％时，烟气中NO_x还原效率很低。与此相比，本发明增加了还原分解区煤粉的量，受回转窑烟气中氧气O₂含量变化影响小，可以保证烟气中NO_x还原效率达到70-90％。

2)生料分散效果好，料量稳定。本发明工艺通过耐高温锁风螺旋输送机将生料输送到还原分解区的下料管进口处，并通过罗茨风机送到喷料管，将生料喷入还原分解区内，有效降低了还原分解区的温度，解决了分解炉锥体的边壁粘料以及影响正常生产的问题；其中耐高温锁风螺旋输送机为变频调速，可以根据还原分解区的温度适时的调整喂料量，稳定控制还原分解区的煤粉燃烧温度。而现有技术大都采用分料阀进行分料，加翻板阀进行锁风的办法，靠生料的重力使生料流入到分解炉内，其料量的稳定和分散都达不到要求。另外，在此区增加了两根还原分解区热电偶作为参照，更有利于操作控制。

3)准确分配三次风量。本发明工艺通过调整新增三次风阀保持进入完全燃烧区的三次风量在20-40％之间，能使还原抑制区的最佳过剩空气系数稳定在0.7-0.9之间，从而有助于提高NO_x的还原效率，使反应过程更稳定。

4)煤粉与空气充分混合，NO_x还原反应更充分。本发明风煤料分级低氮燃烧设备中还原分解区和还原抑制区的总高度不小于6m，能为NO_x还原提供足够的时间，一般还原分解区和还原抑制区的气流平均速度为8-10m/s，这样，NO_x的还原时间总共约在0.5s以上。不小于6m的高度有利于煤粉与空气的充分混合和NO_x与还原物质充分反应，为提高NO_x的还原效率提供了保障。

5)易于控制。现有技术中将完全燃烧区的三次风支路管道设置在三次风阀的前面，即三次风先分配到完全燃烧区一部分，再经过三次风阀后进入分解炉，这样，三次风在三次风管道上又增加了一个点入分解炉，实际操作中出现了难于控制回转窑的煤粉和分解炉的煤粉燃烧所用风量平衡的问题，增加了水泥熟料烧成过程的操作控制的难度。而本发明设备及工艺将到完全燃烧区的三次风支路管道布置在三次风阀与分解炉之间，即三次风通过三次风阀后再分配到完全燃烧区一部分，这样，三次风阀控制入分解炉三次风总量的方式没有被改变，即回转窑和分解炉用风量平衡的控制方法没有被改变，因此，本发明没有增加操作控制的难度，易于推广应用。

6)成本低，没有二次污染。将本发明风煤料分级低氮燃烧设备及工艺应用于新型干法水泥熟料烧成过程中，能够使新型干法水泥熟料烧成过程的NO_x还原效率提高到60-80％，能明显达到SNCR技术的NO_x还原效率，同时应用本发明的运行成本(不足0.1元/吨熟料)相对SNCR技术要低很多，且不会带来二次污染。

另外，本发明克服了现阶段要求水泥生产企业都安装NO_x排放监控系统，水泥生产企业会为降低成本而不去主动控制NO_x的排放量的弊端，能够完全融入到新型干法水泥熟料烧成过程中，为企业带来更大的经济效益。

附图说明

图1是现有技术中一种新型干法水泥熟料烧成系统的工艺流程图；

图2是本发明风煤料分级低氮燃烧设备中分解炉的区域结构示意图；

图3为本发明风煤料分级低氮燃烧工艺的工艺流程图；

图4为本发明风煤料分级低氮燃烧设备的整体结构示意图；

图中，1—回转窑，2—预热器，3—冷却机，4—烟室，5—分解炉，6—三次风，7—煤粉，8—生料，9—翻板阀，10—废气，11—煤粉燃烧器，C1、C2、C3、C4、C5—旋风筒，5-1—还原分解区，5-2—还原抑制区，5-3—完全燃烧区，12—耐高温锁风螺旋输送机，13—罗茨风机，14—三次风阀，15—新增三次风阀，16—分料阀。

具体实施方式

下面结合实施例及其附图进一步说明本发明，但并不以此作为对本申请权利要求保护范围的限定。

本发明风煤料分级低氮燃烧设备(简称设备，参见图4)包括分解炉5(分解炉锥体的下端面至旋风筒C5的进口之间为分解炉，参见图1)、三次风阀14、旋风筒C4-C5(旋风筒C4不与分解炉5连接，分解炉5顶部出口与旋风筒C5的进口连接)、回转窑1、翻板阀9、耐高温锁风螺旋输送机12、罗茨风机13、新增三次风阀15和分料阀16，所述分解炉5上设有三次风进口和被分出去的三次风新进口，三次风总管道经过三次风阀14与分解炉5上的三次风进口连接；在经过三次风阀14之后的三次风总管道上设三次风支路管道，在三次风支路管道上设置新增三次风阀15，三次风支路管道经新增三次风阀15与被分出去的三次风新进口连接；分解炉5(参见图2)内自下而上被分成还原分解区5-1、还原抑制区5-2和完全燃烧区5-3，分解炉锥体的下端面和三次风进口的下边缘之间区域为还原分解区5-1，三次风进口的下边缘与被分出去的三次风新进口的下边缘之间区域为还原抑制区5-2，被分出去的三次风新进口的下边缘与旋风筒C5的进口之间区域为完全燃烧区5-3，还原分解区5-1和还原抑制区5-2的总高度不小于6m；

在不与分解炉连接的旋风筒C4的下料管上经过翻板阀9后连接有分料阀16，所述分料阀16通过下料管为还原抑制区5-2和完全燃烧区5-3提供生料；在从分料阀16进入还原抑制区5-2的下料管上开有支路，该支路的下端与耐高温锁风螺旋输送机12的进口连接，耐高温锁风螺旋输送机12的出口与还原分解区5-1的下料管进口连接，还原分解区5-1的下料管出口连接有喷料管；所述罗茨风机13与耐高温锁风螺旋输送机12的出口连接；在原煤粉输送管道上安装有分配阀，经过分配阀的煤粉输送管道的输出端均连接有喷煤管，还原分解区5-1和还原抑制区5-2分别连接相应的喷煤管。

本发明设备的进一步特征在于所述三次风支路管道的截面积为三次风总管道的截面积的40-50％。

本发明设备的进一步特征在于所述喷料管的横向位置距分解炉5锥体的下端面的距离为0.3-1.5m，喷料管的喷口中心线与水平方向的角度为10-45°；还原分解区5-1内的喷煤管距分解炉5锥体的下端面的距离为0.5-2m。

本发明设备的进一步特征在于还原分解区连接相应的喷煤管和喷料管的数量均为2-4个。

本发明设备的进一步特征在于所述三次风支路管道的数量为1-2个。

本发明设备的进一步特征在于在三次风的进口的下边缘向下1-2m区域内安装有还原分解区热电偶T1；在三次风的进口的上边缘向上1-2m区域内安装有还原抑制区热电偶T2；在被分出去的三次风新进口的下边缘所在的圆上装有压力表P。

本发明设备的进一步特征在于还原分解区热电偶T1的数量为2根，两根还原分解区热电偶T1位于同一个圆周上，且二者之间的夹角为90°。

本发明风煤料分级低氮燃烧工艺(简称工艺，参见图3)，该工艺的步骤是：

(1)三次风通过三次风阀14后被分级，由新增三次风阀15控制，一部分进入还原抑制区5-2，一部分进入完全燃烧区5-3，调节新增三次风阀15，控制进入完全燃烧区5-3的三次风量占总三次风量的20-40％，实现三次风的分级；

(2)煤粉通过原煤粉输送管道上的分配阀，分别分配到还原分解区5-1和还原抑制区5-2，通过分配阀控制分配到还原分解区5-1的煤粉量不小于50％，通过喷煤管将煤粉分别喷入至两个区内，实现煤粉的分级；

(3)不与分解炉连接的旋风筒C4所收集的生料在该旋风筒C4的下料管上分成三部分分别进入还原分解区5-1、还原抑制区5-2和完全燃烧区5-3，分料阀16对进入还原抑制区5-2和完全燃烧区5-3的生料进行分配，在从分料阀16进入还原抑制区5-2的下料管上的支路部分，通过耐高温锁风螺旋输送机12，将生料输送到还原分解区5-1的下料管进口处，并通过罗茨风机13送到喷料管，生料采用喷入方式进入还原分解区5-1内，实现物料的分级；

(4)回转窑1内的煤粉燃烧产生的烟气经烟室4从分解炉5锥体的下端面进入还原分解区5-1，烟气中的NO_x被煤粉7热解的产物还原分解后，烟气与煤粉和生料向上进入还原抑制区5-2；在还原抑制区5-2内，煤粉7在过剩空气系数为0.7-0.9的低氧条件下燃烧，其燃烧的产物将已经生成的NO_x还原和抑制NO_x的再生成，含少量NO_x的气体同生料和部分未燃尽的煤粉继续向上进入完全燃烧区5-3；在完全燃烧区5-3，未燃尽的煤粉在氧气充足的条件下燃烧并放热，使进入该区的生料继续分解，被分解后的生料随气体排出分解炉5，进入与分解炉顶部出口连接的旋风筒C5内，实现风煤料分级低氮燃烧。

本发明还保护一种水泥熟料烧成系统，尤其指新型干法水泥熟料烧成系统，其特征在于该系统中应用上述的风煤料分级低氮燃烧设备及工艺。

本发明中所述风煤料分级燃烧是指将现有技术中空气分级燃烧、燃料分级燃烧、物料分级燃烧的综合，StagedAirandCoalandMealCombustion，英文缩写为SACMC；所述被分出去的三次风是指三次风支路管道内的三次风；完全燃烧区的三次风支路管道的数量根据原三次风6入分解炉5的方式而定，一般为1-2个。

图1为现有技术中一种新型干法水泥熟料烧成系统的工艺流程图，本申请选取各类型新型干法水泥熟料烧成系统的工艺流程中的一种作为示例说明。图中的各设备作用是：回转窑1是烧成水泥熟料的主要设备，回转窑1包括烟室4和煤粉燃烧器11，煤粉燃烧器11能使煤粉燃烧形成火焰，散发热量烧成水泥熟料，燃烧后的烟气从烟室4排出进入分解炉5的下端入口，回转窑1是NO_x生成源之一，回转窑1内煤粉燃烧所产生的NO_x全部随烟气进入分解炉5内；预热器2是完成生料8的预热和分解的设备，预热器2包括五级旋风筒C1～C5、翻板阀9和分解炉5(分解炉锥体的下端面至旋风筒C5的进口之间为分解炉)，旋风筒C1～C5起预热和收集生料的作用，翻板阀9是对旋风筒C1～C5的下料管起锁风的作用，分解炉5用于分解生料8中的CaCO₃，通过煤粉7燃烧为分解炉5提供CaCO₃分解所需的热量，分解炉5是NO_x生成源之一，同时也是还原NO_x和抑制生成NO_x的设备；冷却机3用于冷却从回转窑1出来的熟料；冷却熟料用的空气一部分进入回转窑1，称为二次风，一部分进入分解炉5，称为三次风6。图中虚线箭头表示三次风6在系统内的走向，系统排出的废气10也用虚线箭头表示，实线箭头表示生料8在系统内的走向，点画线箭头表示煤粉7在系统内的走向。

新型干法水泥熟料烧成系统的具体工艺流程是：生料8从预热器2顶部喂入旋风筒C2出口的上升管道内，生料8喂入后由自下而上的气流携带进入旋风筒C1内，生料8在旋风筒C1内被收集下来，依靠重力通过翻板阀9进入旋风筒C3出口的上升管道内，由自下而上的气流携带进入旋风筒C2内，生料8在旋风筒C2内被收集下来，依靠重力通过翻板阀9进入旋风筒C4出口的上升管道内，由自下而上的气流携带进入旋风筒C3内，生料在旋风筒C3内被收集下来，依靠重力通过翻板阀9进入旋风筒C5出口的上升管道内，由自下而上的气流携带进入旋风筒C4内，生料8在旋风筒C4内被收集下来，依靠重力通过翻板阀9进入分解炉5内，在分解炉5内被分解后(CaCO₃被分解为CaO和CO₂)，由自下而上的气流携带进入旋风筒C5内，被分解后的生料8在旋风筒C5内被收集下来，然后从烟室4喂入回转窑1内，被分解后的生料在回转窑1内被烧成熟料，熟料从回转窑1内被排出后进入冷却机3，经冷却机3冷却后的熟料进入储存设备。此时，用于冷却熟料所使用的空气的温度，达到了850-1100℃，这部分高温气体一部分进入回转窑1内(二次风)，一部分进入分解炉5内(三次风6)，分别为回转窑1内的煤粉(由煤粉燃烧器11喷入的煤粉)和分解炉5内的煤粉7提供燃烧用的空气；回转窑1内的煤粉燃烧产生的烟气经过烟室4进入分解炉5内，并与分解炉5内的煤粉7燃烧产生的烟气、生料8分解所产生的气体及生料8一同进入旋风筒C5内，在旋风筒C5内气体与生料8分离后，气体向上逐级进入旋风筒C4、旋风筒C3、旋风筒C2和旋风筒C1，完成向生料传递热量后，最终由旋风筒C1的出口排出，旋风筒C1排出的气体即为废气10。冷却机所产生的较低温度(250-300℃)气体被排入其它收尘设备后再排出。

图2为本发明风煤料分级低氮燃烧设备中分解炉的区域结构示意图，图中所示是三次风6、煤粉7和生料8被分级后在分解炉5内所形成的三个区，即还原分解区5-1、还原抑制区5-2和完全燃烧区5-3，下部区域是还原分解区5-1，在还原分解区5-1内，煤粉7在缺氧的条件下热解，热解后的产物碳氢基团CH将烟气中的NO_x还原为氮气N₂和分解为NH₃、HCN等；中部区域是还原抑制区5-2，在还原抑制区5-2内，煤粉7在低氧的条件下燃烧还原NO_x，并抑制NO_x的再生成；上部区域是完全燃烧区5-3，在完全燃烧区5-3内，有充足的氧气O₂，使在还原抑制区5-2未燃尽的煤完全燃烧。

该示意图的具体流程是：回转窑1内的煤粉燃烧产生的烟气(含NO_x约1000ppm)经烟室4从分解炉5的下端面进入还原分解区5-1，烟气中的NO_x被煤粉7热解的产物还原分解后，烟气与煤粉和生料向上进入还原抑制区5-2。在还原抑制区5-2内，煤粉7在低氧条件下燃烧的各种产物将已经生成的NO_x还原和抑制了NO_x的再生成，含NO_x量低的气体同生料和部分未燃尽的煤粉继续向上进入完全燃烧区5-3。在完全燃烧区5-3，未燃尽的煤粉在氧气充足的条件下燃烧并放热，使进入该区的生料继续分解，被分解后的生料随气体从分解炉顶部出口排出分解炉5，进入与分解炉顶部出口连接的旋风筒C5。

图3为本发明风煤料分级低氮燃烧工艺的工艺流程图，图中耐高温锁风螺旋输送机12用于输送温度在760℃左右的生料；罗茨风机13用于将耐高温锁风螺旋输送机12送出的生料喷入分解炉5内；三次风阀14用于控制回转窑1和分解炉5用风量的平衡；新增三次风阀15的作用是控制还原抑制区5-2和完全燃烧区5-3用风比例。分料阀16的作用是分配还原抑制区5-2和完全燃烧区5-3的生料比例。还原分解区热电偶T1和还原抑制区热电偶T2分别用于测量还原分解区5-1和还原抑制区5-2的温度，完全燃烧区5-3的压力表P的作用是检测完全燃烧区5-3下部的压力。图中虚线箭头表示气体在设备内的走向，实线箭头表示生料8在设备内的走向，点画线箭头表示煤粉7在设备内的走向。

该工艺的具体流程是：三次风6通过三次风阀14后被分级，由新增三次风阀15控制，一部分进入还原抑制区5-2，一部分进入完全燃烧区5-3，完全燃烧区5-3的三次风支路管道的数量为2个，完全燃烧区5-3的三次风支路管道截面积为三次风总管道截面积的40-50％，并在其上面布置了新增三次风阀15，三次风支路管道内部砌筑耐火隔热衬料，衬料厚度是100mm，三次风支路管道在三次风总管道上的位置介于三次风阀14与分解炉5之间(即三次风6通过三次风阀14后再分级)。

煤粉7通过在原煤粉输送管道上安装分配阀的方法分配到还原分解区5-1和还原抑制区5-2，用喷煤管喷入两个区内，每个区的喷煤管数量均为2-4个，喷煤管材质选用耐高温金属或陶瓷材料，喷煤管的尺寸根据原煤粉输送系统的参数确定。

不与分解炉连接的旋风筒C4所收集的生料在该旋风筒C4的下料管上分成三部分分别进入还原分解区5-1、还原抑制区5-2和完全燃烧区5-3，进入还原抑制区5-2和完全燃烧区5-3的生料由分料阀16进行分配，分料阀16内部有分料板并有电动执行器在外部驱动，分料阀16内部所有部位均浇筑50mm厚的浇注料用于隔热。在从分料阀16进入还原抑制区5-2的下料管上开口并连接到耐高温锁风螺旋输送机12的进口，使生料靠重力流到耐高温锁风螺旋输送机12的进料口，并由耐高温锁风螺旋输送机12输送到至还原分解区5-1的下料管进口，然后由罗茨风机13送到喷料管，并喷入还原分解区5-1内。耐高温锁风螺旋输送机12采用耐高温金属材料制作，能够在物料温度为900℃的条件下工作，结构为锁风型，为变频调速。罗茨风机13的输送风压力为29-39kPa。还原分解区5-1的下料管的有效内径为100mm，内部浇筑50mm厚的浇注料用于隔热，此下料管连接到喷料管，喷料管的数量为2-4个，有效内径100mm。

为便于操作控制，分别在还原分解区5-1上安装还原分解区热电偶T1、在还原抑制区安装了还原抑制区热电偶T2，还原分解区热电偶T1和还原抑制区热电偶T2的量程均为1200℃。

本发明风煤料分级低氮燃烧工艺的工艺原理是：在分解炉5锥体的下端面和三次风进口的下边缘之间建立一个还原分解区5-1，将分解炉5用煤粉7的一部分喷入该区下部，回转窑内1的煤粉与此部分煤粉的燃烧被称为燃料分级燃烧。回转窑1内产生的温度在1000℃左右的烟气从分解炉5锥体的下端面进入该区，此部分煤粉与上升的高温烟气气流相遇后，迅速热解，热解产物碳氢基团CH将NO还原成N₂和分解为NH₃、HCN等，主要反应为：CH+NO→xN(NH₃+NO+HCN)；xN+NO→N₂+xN。此部分煤粉的量要占煤粉7总量的50％以上，以保证烟气中NO_x的70-90％被还原。

由于在还原分解区5-1喷入了占煤粉7总量的50％以上的煤粉，其热解和少部分碳燃烧后所产生的热量容易使生料高温发粘，而粘结在分解炉锥体的边壁上，为了解决此问题，将不与分解炉连接的旋风筒C4下来的生料的一部分喷入上升烟气气流流股的边缘，通过此生料中CaCO₃的分解吸收热量，从而避免了分解炉锥体的边壁上粘料的问题。此部分生料喷入还原分解区5-1的量结合生产实际中还原分解区热电偶T1所检测到的温度(温度控制在950-1050℃之间)进行调节，即调节耐高温锁风螺旋输送机的转速。

还原分解区5-1的煤粉和生料随着气流上升到还原抑制区5-2，在经过三次风阀14之后的三次风总管道上设三次风支路管道，在三次风支路管道上设置新增三次风阀15，三次风支路管道内的三次风称为被分出去的三次风，在三次风进口下边缘与被分出去的三次风新进口下边缘之间的区域为还原抑制区5-2，被分出去的三次风新进口下边缘与旋风筒C5的进口之间区域为完全燃烧区5-3；三次风6经过三次风阀14，并在新增三次风阀15的控制下分别进入还原抑制区5-2和完全燃烧区5-3。被分出去的三次风新进口的位置要保证还原分解区5-1和还原抑制区5-2的总高度不小于6m，能为NO_x还原提供足够的时间，一般还原分解区5-1和还原抑制区5-2的气流平均速度为8-10m/s，这样，NO_x的还原时间总共约在0.5s以上。大于6m的高度有利于煤粉与空气的充分混合和NO_x与还原物质充分反应，为提高NO_x的还原效率提供了保障。还原抑制区5-1和完全燃烧区5-2的煤粉是在先低氧(过剩空气系数小于1)后富氧(过剩空气系数大于1)的条件下燃烧，称为空气分级燃烧。还原分解区5-1的煤粉与还原抑制区5-2的煤粉混合后在过剩空气系数为0.7-0.9的低氧条件下燃烧，燃烧生成CO，而且煤中的氮分解生成大量的HN、HCN、CN和NH_i等，它们相互复合或者将已有的NO_x还原分解，因而抑制了NO_x的生成，其NO_x的生成量降低50％以上，最终该两区的NO_x还原效率能够达到60-80％，还原抑制区5-2的主要反应为：CO+NO→CO₂+1/2N₂；xN+xN→N₂+···；N+N→N₂；xN+NO→N₂+xN。为达到还原抑制区5-2的最佳过剩空气系数在0.7-0.9之间，进入完全燃烧区5-3的三次风量要控制在20-40％之间，分风过多过少都会降低NO_x还原效率。三次风6经过三次风阀14后再进行空气分级的方法保证了三次风6总量的不变，避免了因三次风6总量的变化而影响新型干法水泥熟料烧成系统的工艺制度。

还原抑制区5-2的煤粉燃烧速度直接影响分解炉内生料的分解率和NO_x还原效率，因此，需要将不与分解炉连接的旋风筒C4下来的生料再分配到完全燃烧区5-3一部分来控制还原抑制区5-2的温度，这样，不与分解炉连接的旋风筒C4下来的生料分为还原分解区5-1、还原抑制区5-2、完全燃烧区5-3三部分来控制分解炉内该三个区煤粉的燃烧，实现物料分级燃烧。分配到完全燃烧区5-3的生料量根据还原抑制区热电偶T2所检测的温度控制，温度控制在950-1100℃之间，通过安装在不与分解炉连接的旋风筒C4下料管上的分料阀16来调整分料量。还原抑制区热电偶T2安装在距离三次风进口的上边缘向上1-2m的区域内。

现有技术中，空气分级燃烧技术和燃料分级燃烧技术形成的NO_x的还原区域有的在15m以上，有的仅仅3m左右，各不相同，NO_x的还原效率也差别非常大，本发明就不同分解炉尺寸合理的布置NO_x的还原区域，一般大型的分解炉非常容易布置还原分解区5-1、还原抑制区5-2和完全燃烧区5-3的位置，而小型的分解炉布置一个6m以上的NO_x还原区域后，完全燃烧区5-3的高度变小，容易导致分解炉内煤粉的燃尽率降低，因此，不满足要求的小型分解炉需要进行技术改造，一般措施是加长分解炉出口管道高度，从而延长气体通过分解炉的时间，为煤粉的完全燃烧提供好的条件。

实施例1

本实施例风煤料分级低氮燃烧设备包括分解炉5、三次风阀14、旋风筒C4-C5、回转窑1、翻板阀9、耐高温锁风螺旋输送机12、罗茨风机13、新增三次风阀15和分料阀16，所述分解炉5上设有三次风进口和被分出去的三次风新进口，三次风总管道经过三次风阀14与分解炉5上的三次风进口连接；在经过三次风阀14之后的三次风总管道上设三次风支路管道，在三次风支路管道上设置新增三次风阀15，三次风支路管道经新增三次风阀15与被分出去的三次风新进口连接；分解炉5自下而上被分成还原分解区5-1、还原抑制区5-2和完全燃烧区5-3，分解炉锥体的下端面和三次风进口的下边缘之间区域为还原分解区5-1，三次风进口的下边缘与被分出去的三次风新进口的下边缘之间区域为还原抑制区5-2，被分出去的三次风新进口的下边缘至与旋风筒C5的进口之间区域为完全燃烧区5-3，还原分解区5-1和还原抑制区5-2的总高度为10m；

本实施例风煤料分级低氮燃烧工艺的步骤是：

(4)回转窑1内的煤粉燃烧产生的温度在1000℃左右的烟气经烟室4从分解炉5锥体的下端面进入还原分解区5-1，烟气中的NO_x被煤粉7热解的产物还原分解后，烟气与煤粉和生料向上进入还原抑制区5-2；在还原抑制区5-2内，煤粉7在过剩空气系数为0.7-0.9的低氧条件下燃烧，其燃烧的产物将已经生成的NO_x还原和抑制NO_x的再生成，含少量NO_x的气体同生料和部分未燃尽的煤粉继续向上进入完全燃烧区5-3；在完全燃烧区5-3，未燃尽的煤粉在氧气充足的条件下燃烧并放热，使进入该区的生料继续分解，被分解后的生料随气体排出分解炉5进入与分解炉顶部出口连接的旋风筒C5，实现风煤料分级低氮燃烧。

本实施例中完全燃烧区5-3的三次风支路管道的数量为2个，完全燃烧区5-3的三次风支路管道的截面积为三次风总管道的截面积的50％，三次风支路管道内部砌筑耐火隔热衬料，衬料厚度是100mm，还原分解区5-1和还原抑制区5-2内喷煤管的数量均为2个。所述喷料管的横向位置距分解炉锥体的下端面的距离为0.3m，喷料管的喷口中心线与水平方向的角度为45°；还原分解区内的喷煤管距分解炉锥体的下端面的距离为0.5m。煤粉7分配到还原分解区5-1和还原抑制区5-2的比例为50:50，分料阀16内部有分料板并有电动执行器在外部驱动，分料阀16内部所有部位均浇筑50mm厚的浇注料用于隔热。

在三次风的进口的下边缘向下距离2m的圆上安装有还原分解区热电偶T1；在三次风的进口的上边缘向上距离2m的圆上安装有还原抑制区热电偶T2；在被分出去的三次风新进口的下边缘所在的圆上装有压力表P，压力表P的量程为-1500-0Pa，还原分解区热电偶T1和还原抑制区热电偶T2的量程均为1200℃。

耐高温锁风螺旋输送机12采用耐高温金属材料制作，能够在物料温度为900℃的条件下工作，结构为锁风型，为变频调速。罗茨风机13输送风压力为29-39kPa。还原分解区5-1的下料管的有效内径为100mm，内部浇筑50mm厚的浇注料用于隔热，此下料管连接到喷料管，喷料管数量为2个，喷料管有效内径为100mm。

将本实施例中的风煤料分级低氮燃烧工艺的设备应用于图1所示的新型干法水泥熟料烧成系统中，显著提高了新型干法水泥熟料烧成过程中NO_x还原效率，节约了SNCR技术所消耗的费用，更有利于实现新型干法水泥熟料烧成系统的NO_x减排。

实施例2

本实施例风煤料分级低氮燃烧设备的连接关系及工艺的步骤同实施例1，不同之处在于本实施例的设备所述喷料管的横向位置距分解炉锥体的下端面的距离为为0.7m，且喷料管始终处于还原分解区内，喷料管的喷口中心线与水平方向的角度为25°；还原分解区内的喷煤管距分解炉锥体的下端面的距离为1m。三次风支路管道的截面积为三次风总管道的截面积的40％。还原分解区和还原抑制区的总高度为12m。

还原分解区5-1内喷料管的数量为4个，还原分解区5-1喷煤管的数量为4个，还原抑制区5-2内喷煤管的数量2个。分配到还原分解区5-1和还原抑制区5-2的煤粉的比例为60-100:40-0。随着还原分解区5-1的煤粉比例的增加，烟气中的NO_x被还原的效率也增加，最高达到90％以上。

实施例3

本实施例风煤料分级低氮燃烧设备的连接关系及工艺的步骤同实施例1，不同之处在于三次风进入分解炉的三次风进口只有一个，在经过三次风阀14之后的三次风总管道上设三次风支路管道也只有一个。在三次风的进口的下边缘向下距离1m的圆上安装有两根还原分解区热电偶，两根还原分解区热电偶位于同一个圆周上，且二者之间的夹角为90°；在三次风的进口的上边缘向上距离1m的圆上安装有还原抑制区热电偶；

实施例4

本实施例风煤料分级低氮燃烧设备的连接关系及工艺的步骤同实施例1，不同之处在于本实施例中分解炉的尺寸较小，分解炉出口管道进行了加高的技术改造，所述分解炉的规格为∮5800x27000mm。分解炉尺寸过小或者水泥熟料烧成系统所排放的废气中NO_x初始排放浓度过高，在应用本发明的时候，则还需要联合SNCR技术降低NO_x排放浓度，该工艺也能大幅度地降低SNCR技术中使用氨水的量，实现减少NO_x排放的目的。

实施例5

本实施例为一种新型干法水泥熟料烧成系统，该系统应用了实施例2的风煤料分级低氮燃烧工艺及设备。

本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims

1.一种风煤料分级低氮燃烧设备，包括分解炉、三次风阀、旋风筒、回转窑和翻板阀；其特征在于该设备还包括耐高温锁风螺旋输送机、罗茨风机、新增三次风阀和分料阀，所述分解炉上设有三次风进口和被分出去的三次风新进口，三次风总管道经过三次风阀与分解炉上的三次风进口连接；在经过三次风阀之后的三次风总管道上设三次风支路管道，在三次风支路管道上设置新增三次风阀，三次风支路管道经新增三次风阀与被分出去的三次风新进口连接；分解炉锥体的下端面和三次风进口的下边缘之间区域为还原分解区，三次风进口的下边缘与被分出去的三次风新进口的下边缘之间区域为还原抑制区，被分出去的三次风新进口的下边缘至与分解炉顶部出口连接的旋风筒的进口之间区域为完全燃烧区，还原分解区和还原抑制区的总高度不小于6m；

2.根据权利要求1所述的风煤料分级低氮燃烧设备，其特征在于所述三次风支路管道的截面积为三次风总管道的截面积的40-50％。

3.根据权利要求1所述的风煤料分级低氮燃烧设备，其特征在于所述喷料管的横向位置距分解炉锥体的下端面的距离为0.3-1.5m，喷料管的喷口中心线与水平方向的角度为10-45°；还原分解区内的喷煤管距分解炉锥体的下端面的距离为0.5-2m。

4.根据权利要求1所述的风煤料分级低氮燃烧设备，其特征在于还原分解区连接相应的喷煤管和喷料管的数量均为2-4个。

5.根据权利要求1所述的风煤料分级低氮燃烧设备，其特征在于所述三次风支路管道的数量为1-2个。

6.根据权利要求1-5任一所述的风煤料分级低氮燃烧设备，其特征在于在三次风的进口的下边缘向下1-2m区域内安装有还原分解区热电偶；在三次风的进口的上边缘向上1-2m区域内安装有还原抑制区热电偶；在被分出去的三次风新进口的下边缘所在的圆上装有压力表。

7.根据权利要求6所述的风煤料分级低氮燃烧设备，其特征在于还原分解区热电偶的数量为2根，两根还原分解区热电偶位于同一个圆周上，且二者之间的夹角为90°。

8.一种风煤料分级低氮燃烧工艺，该工艺使用权利要求1-7任一所述的风煤料分级低氮燃烧设备，具体工艺步骤是：

9.一种水泥熟料烧成系统，该系统为新型干法水泥熟料烧成系统，其特征在于该系统中应用权利要求8的风煤料分级低氮燃烧工艺。