CN105299625B - 一种降低ddf分解炉氮氧化物排放量的节能减排改造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种降低DDF水泥分解炉氮氧化物排放量的节能减排改造方法，通过对容积较小的DDF分解炉设置汇风箱及鹅颈管，延长了烟气停留时间，将部分煤粉分至分解炉锥部，部分三次风分送至分解炉中上部，扩大的DDF分解炉容积和降低部分煤粉的入炉位置，提高了煤粉燃尽率，分解炉中下部的过剩空气系数小于1.0，在氧气不足的条件下，产生较大比例的CO，成为还原消除氮氧化物的还原剂。在汇风箱内设置回灰通道，将沉降下来的生料和煤粉颗粒送回分解炉的中部喷口之上，解决积灰烧结堵塞问题，提高分解炉对粗颗粒的处理能力，提高入窑生料的分解率，通过降低氮氧化物排放和降低热耗的双重功效，实现了水泥烧成系统的有效节能减排。

Description

一种降低DDF分解炉氮氧化物排放量的节能减排改造方法

技术领域

本发明涉及水泥窑炉节能减排领域，特别是涉及一种对DDF水泥分解炉进行节能减排改造的方法。

背景技术

水泥窑高温煅烧过程中，会生成多种形式的氮氧化物，通过针对性的改造水泥窑的分解炉，可以有效的抑制氮氧化物的排放。分解炉主要通过燃料分级燃烧或分级送风以降低氮氧化物的排放。燃料分级燃烧主要是把燃料分成两部分(或更多部分)，喷入分解炉的不同位置，部分燃料通过分解炉下部的辅助煤粉燃烧器将部分煤粉送入氧含量较低的锥部区域，在较高的烟气温度和氧气不足的条件下，生成较多的CO，形成局部区域的还原性气氛，在较高温度下回转窑中生成的氮氧化物将有相当部分被新生的CO所还原，未燃尽的固态和气态的还原性物质随气流上行，与上部的辅助三次风气流混合完成燃烧过程。分解炉上分级送风的通常做法是由三次风管引出一支辅助的分风管至分解炉中上部，使一部分三次风由此进入炉内为燃料的燃尽提供稍稍过量的氧气，这时残余的燃料与生料充分混合，虽然以氧化气氛为主导，因温度较低，不会导致氮氧化物的生成，但促成了燃料的完全燃烧。而炉下中部则由于三次风不足，大量煤粉的不完全燃烧，形成了一定浓度的还原性可燃气体，使该区域总体上呈弱还原性气氛，不但因此抑制了氮氧化物的生成，并促进了已生成的氮氧化物的还原。

水泥熟料烧成过程是、而且必须是一个高温过程，会消耗大量能源，所以水泥窑的节能始终是人们追求的目标。而目前很多水泥窑分解炉的设计鉴于历史原因，早期设计不恰当的强调分解炉的单位容积产量，分解炉的容积偏小，煤粉在炉内的适宜燃烧区间停留时间不足，直接影响为分解炉内煤粉燃烧不充分，容易导致排出一级旋风预热器窑炉烟气中含有相当比例的、含有大量潜能、以CO为主要标志的还原性气体超标，无谓的增加了化学不完全燃烧热损失。而第五级预热器温度倒挂，严重时在第四、五级预热器的锥部的滞留物料中，后燃煤粉的还原续燃现象，成为预热器锥部结皮堵塞现象的主要原因。

为了避免分解炉底部区域辅助燃烧器的燃料喷射束形成的局部高温导致分解炉锥部的结皮和堵塞，本专利将第四级预热器入炉的生料引出一个分料装置，将20％左右的生料送至分解炉稍低位置入炉，借助窑尾烟室缩口的喷腾作用，在分解炉下部的锥体部分，形成一个动态的保护性料幕，以防止出现分解炉底部局部高温造成的结皮堵塞。

目前很多水泥窑烧成系统开始协同处置工业废弃物、城市垃圾和城市污水处理中的污泥，所以熟料中氯离子，金属离子含量较多，这些容易循环富集且熔点较低的物质，很容易 在温度适宜的四、五级旋风预热器内，气态物质重新转化为液态物质和固态物质，与颗粒物料结合形成较为厚实的结皮。这是在改造中必须予以重视，并应有绝对可靠的技术措施予以防止的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种降低DDF分解炉氮氧化物排放量的节能减排改造方法，部分还原在回转窑中煅烧产生的大量氮氧化物，同时抑制在分解炉燃烧室中燃烧所产生的氮氧化物生成，实现烧成系统的节能减排目标。

为了实现上述目的，本发明改造后的DDF分解炉包括：DDF分解炉、汇风箱、鹅颈管、回灰通道、散料台塌料豁口、五级预热器、三次风管及分风管、两个主煤粉燃烧器和两个辅助煤粉燃烧器；所述DDF分解炉包括分别处于下部、中部和上部的燃烧室、中混合室和上混合室；四个煤粉燃烧器分上下两层，两个主燃烧器置于分解炉的燃烧室对称布置，辅助燃烧器置于分解炉的锥部对称布置，燃烧器均以15°倾角，指向中心。所述三次风管通过分风管引出部分三次风至中混合室。

所述汇风箱入口与上混合室相连，汇风箱出口连接两条对称的鹅颈管，烟气通过汇风箱进入两条具有一定容积的鹅颈管，再分别进入五级预热器；所述汇风箱底部设置回灰通道，回灰通道出口连接至DDF分解炉中的混合室；所述回灰通道出口设置散料台塌料豁口，保证10％～15％的生料能够塌落到DDF分解炉燃烧室的锥部。

本发明的有益效果是：

1.设置汇风箱和鹅颈管后，增大了分解炉容积，大大提高了煤粉在适宜燃烧条件下的平均停留时间，提高了煤粉在分解炉内的燃尽率，从而提高了窑炉系统的热效率，也从根本上解决了第五级预热器温度倒挂的问题，防止了五级预热器锥部因还原煅烧出现的结皮堵塞。

2.在分解炉原有两个主煤粉燃烧器的基础上，增加了两个辅助煤粉燃烧器，将燃烧室的部分煤粉引入分解炉的锥部，利用分风管将一部分三次风引入中混合室，从而降低燃烧室的过剩空气系数，使煤粉在缺氧的情况下实现不完全燃烧，产生大量的还原物质，形成还原区，还原在回转窑中产生的氮氧化物，并抑制燃烧室燃烧过程中氮氧化物的形成，从而达到降低系统氮氧化物排放的目的。

3.在分解炉内设置散料台塌料豁口(去掉90～110mm左右)，使一小部分(10％～15％)生料能够塌落到DDF分解炉的锥体部分，吸收辅助煤粉燃烧器造成的部分煤粉下移所产生的热量，并以保护性料幕的形式，防止锥体局部过热现象的出现，保证不至于过热而结皮，而不必单独设置分料管等粉料装置，方法简便。

4.在汇风箱底部设置一个回灰通道，将沉降下来的生料和煤粉颗粒送回DDF分解炉 内，不仅可以有效解决了积灰问题，同时也能提高DDF分解炉对粗颗粒的处理能力，进一步提高煤粉的停留时间分布，也有益于提高生料的分解率；对于多数较细的颗粒物，因为回灰通道本身也有烟气从下往上流动，绝大多数的常规悬浮颗粒物不会在此沉降，不必担心出现过多物料在分解炉内悬浮循环的风险。目前水泥窑炉开始处理城市垃圾焚烧的飞灰及污泥焚烧等，过程中熟料中氯离子，钾钠金属离子较多，容易在反复气化升华、吸附在颗粒上固化下行中循环富集，容易在这些离子由气相向液相转化的温度区间，形成事故性结皮堵塞，所以此设置了汇风箱和回灰管通道的DDF分解炉由于有效的防止了积灰问题，同样适用于处理城市垃圾焚烧飞灰、焚烧污泥的水泥窑系统。

附图说明

图1所示为本发明中DDF分解炉进行节能减排改造后的结构示意图。

图2为图1的A向视图

图1中：01-分解炉；02-燃烧室；03-中混合室；04-上混合室；05-汇风箱；06-鹅颈管；07-回灰通道；08-散料台塌料豁口；09-五级预热器；10-分风管；11-煤粉燃烧器；12-三次风管。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明：

本发明提供一种降低DDF分解炉氮氧化物排放量的节能减排改造方法，如图1和图2所示，包括DDF分解炉01(包括燃烧室02、中混合室03、上混合室04)、汇风箱05、鹅颈管06、回灰通道07、散料台塌料豁口08、五级预热器09、三次风管12、分风管10及四个煤粉燃烧器11。所述汇风箱05入口连接分解炉01的上混合室04，出口与两条鹅颈管06相连，两条鹅颈管06出口分别与五级预热器09相连；四个煤粉燃烧器11其中两个连接至分解炉燃烧室指向DDF分解炉01燃烧室02底部锥体部，另外两个煤粉燃烧器11连接至分解炉燃烧室02圆柱筒体中部；三次风管入口12连接DDF分解炉的燃烧室04，分风管10连接DDF分解炉01的中混合室03；汇风箱05底部设置回灰通道07，回灰通道07出口连接至DDF分解炉01中混合室03。回灰通道07内的散料台塌料豁口08，去掉90～110mm左右。

结合上述系统，本发明节能减排过程可按以下流程：四个煤粉燃烧器11分上下两层布置，其中两个主煤粉燃烧器11对称布置在DDF分解炉01燃烧室02的中部；另外两个辅助煤粉燃烧器11将20％左右的煤粉分送至燃烧室02的锥部，此处煤粉燃烧器11喷出的煤粉尚未与富含氧气的三次风接触，而与温度较高、氧含量较低的回转窑烟气混合，因此生成大量CO等还原性气体，形成一定范围的还原区域，对回转窑内生成的氮氧化物进行还原。三次风提供分解炉系统燃烧所需的全部氧气，一般空气过剩系统为1.05，在本发明中通过三次风管 12将燃烧所需空气的70％～80％输送至燃烧室02，使燃烧室02在缺氧状态中不完全燃烧，降低燃烧室02的氧浓度，抑制燃料型氮氧化物的生成，同时扩大了还原区域，强化还原已生成的氮氧化物；其余20％-30％的三次风通过分风管10送至中混合室03，形成氧化区，使大部分煤粉和气态的还原物质在进入增加的汇风箱05和鹅颈管06空间最终实现完全燃烧，杜绝了还原性气体CO超标，降低了系统的化学不完全燃烧热损失。同时也防止了第五级预热器温度倒挂、出现第五级预热器还原燃烧造成的结皮堵塞现象；烟气中较粗的生料和煤粉颗粒经过水平设置的汇风箱05时会自然沉积，通过设置的回灰通道07又返回DDF01分解炉内，可以有效解决积灰问题，同时也能提高分解炉对粗颗粒的处理能力，提高煤粉的平均停留时间，增加生料的分解率；对于多数较细的颗粒物，因为回灰通道07本身也有烟气从下往上流动，绝大多数的常规悬浮颗粒物不会在此沉降，不必担心出现过多悬浮循环的风险(循环就带有上升和下降的两重意思)。当水泥窑炉处理城市垃圾焚烧的飞灰及对污泥进行焚烧时，由于汇风箱05和回灰通道07的存在，也有利于防止颗粒的沉积造成的结皮和堵塞。

实施例：

某水泥厂现有分解炉容积仅300m³，产量2100t/d时，分解炉内热风停留时间仅2.0s，分解炉至五级预热器连接管道很短，分解炉的单位炉容日产量高达7.5t/m³d，一般单位炉容日产量建议不高于4t/m³d，炉容明显偏小，直接影响为分解炉内煤粉燃烧不充分。改造后拟在2300t/d核算时，通过将燃烧的空间延伸到框架的外部，通过增加水平的汇风烟气管及两条对称布置的外挂鹅颈管，规格为直径2900mm，扩大分解炉炉容，使炉容提高2.4倍至720m³，热风停留时间延长至4.8s，从而大大改善煤粉燃烧条件，使煤粉在分解炉内充分燃烧，提高了窑炉的热效率，也从根本上解决C5温度倒挂、相应引起的结皮堵塞问题。

Claims (2)

1.一种降低DDF分解炉氮氧化物排放量的节能减排改造方法，其特征在于：改造后的分解炉包括：DDF分解炉(01)、汇风箱(05)、鹅颈管(06)、四个煤粉燃烧器(11)、三次风管(12)及分风管(10)、散料台塌料豁口(08)、回灰通道(07)；所述的DDF分解炉(01)包括上混合室(04)、中混合室(03)和燃烧室(02)；燃烧室(02)包括圆柱筒体中部、底部锥体部；四个煤粉燃烧器分上下两层，每层两个，并以主燃烧器在上、辅助燃烧器在下、对称连接至DDF分解炉燃烧室的圆柱筒体中部和底部锥体部；三次风管(12)入口连接DDF分解炉的燃烧室(02)，分风管(10)连接分解炉中混合室(03)；在DDF分解炉上混合室外连接汇风箱(05)，汇风箱连接两条对称的鹅颈管(06)，两条鹅颈管再分别与两个五级预热器(09)相连；在汇风箱(05)底部设置回灰通道(07)，回灰通道出口连接至DDF分解炉中混合室(03)；散料台塌料豁口(08)设置在DDF分解炉内的散料平台上。

2.一种权利要求1所述的降低DDF分解炉氮氧化物排放量的节能减排改造方法，其特征在于：将散料台塌料豁口(08)设置为部分豁口，去掉90～110mm的耐火材料，保证10％～15％的生料能够塌落到DDF分解炉燃烧室(02)的所述底部锥体部。