CN106495513A - 一种水泥窑替代燃料气化分级燃烧方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水泥窑替代燃料气化分级燃烧方法及装置，包括从热解气化炉输出的气化气体以及送入水泥窑分解炉的水泥窑三次风，所述水泥窑三次风分为第一路风和第二路风，两路风分别从上下两端送入分解炉，其中：三次风总风量的10%至30%作为所述第一路风从分解炉的底端送入，其余的三次风作为所述第二路风从分解炉的顶端送入，所述气化气体随所述第一路风从分解炉的底端送入，通过测量分解炉出口烟气温度对所述第一路风与三次风总风量的送风比例以及气化气体送入量进行调节。本发明将热解气化气与分解炉有机结合，具有热效率高、分解炉温度分布均匀的特点，通过将煤炭和空气分成不同比例送入燃烧室，形成还原气氛降低氮氧化物生成。

Description

一种水泥窑替代燃料气化分级燃烧方法及装置

技术领域

本发明涉及一种水泥窑替代燃料气化分级燃烧方法及装置。利用将废弃物气化后的燃料气作为还原剂降低生产本底氮氧化物生成，达到减少脱硝成本，节约煤耗、降低氮氧化物排放及处废的多重效果。

背景技术

水泥工业不仅是能源密集型产业，也是氮氧化物的排放大户。水泥工业能耗约占全国总能耗的6.5％。水泥行业燃料消耗占水泥行业总能耗的75％，而煤占总燃料消耗的近100％。而且生产过程中排放大量氮氧化物，每年排放量大约200万吨左右，占到工业排放量15%左右，成为火电和交通之后的第三大污染排放源。替代燃料对于氮氧化物减排的积极作用已经得到业内公认，寻求使用替代燃料不仅符合我国能源结构优化的战略，而且有助于降低氮氧化物排放。

由于替代燃料中富含有机质，热解气化后产生大量CO、CH、H、HCN、焦炭等还原物质，具有将NO还原成N2的功能。可以利用其降低燃料燃烧过程中氮氧化物生成。水泥窑替代燃料技术的发展在国外发达国家已有近30年成熟应用，其处置安全性已被《巴塞尔公约》认可。从替代燃料物理形态来看，水泥窑利用替代燃料方式有三种，即固体、液体和气体。发达国家由于废弃物分选比较发达，基本都是单一固态燃料直接入窑。我国利用水泥窑处置城市生活垃圾处于起步阶段，基本都是垃圾燃料直接入窑，由于垃圾燃料的热值低、水分、灰分及挥发分高，而且均一性差，对水泥窑运行影响加大，难以发挥替代燃料降氮功效。

现有水泥窑脱硝技术主要是低氮燃烧器改造和SNCR脱硝技术。低氮燃烧器应用较为普遍，但是降氮效果一般，操作比较复杂。由于SNCR需要消耗大量氨水，增加额外运行成本，而且氨水制备也需要消耗大量煤和动力，排放氮氧化物。根据国内外报道，SNCR技术在经济运行条件下，可以稳定实现50%脱硝效率。但随着效率提高，氨水消耗量激增，效率提高不明显，而且氨逃逸风险加大。

发明内容

本发明的目的是提出一种水泥窑替代燃料气化分级燃烧方法及装置，利用替代燃料气化后富含CO、CH、H、HCN、HCN、焦炭等自由基物质的烟气通入水泥窑分解炉烟室上部，形成强的还原性环境，将回转窑内的高温高浓度氮氧化物烟气进行还原，减少氮氧化物生成。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种水泥窑替代燃料气化分级燃烧方法，包括从热解气化炉输出的气化气体以及送入水泥窑分解炉的水泥窑三次风，水泥窑三次风温度范围在750℃～900℃，其中，所述水泥窑三次风分为第一路风和第二路风，两路风分别从上下两端送入分解炉，其中：三次风总风量的10%至30%作为所述第一路风从分解炉的底端送入，其余的三次风作为所述第二路风从分解炉的顶端送入，所述气化气体随所述第一路风从分解炉的底端送入，通过测量分解炉出口烟气温度对所述第一路风与三次风总风量的送风比例以及气化气体送入量进行调节。

方案进一步是：所述第一路风和第二路风分别在分解炉上下端从分解炉内侧壁相对的两侧呈相反的方向切向送入，所述气化气体在分解炉下端从分解炉内侧壁相对的两侧呈相反的方向切向送入。

方案进一步是：所述第一路风和第二路风分在分解炉上下端从分解炉内侧壁相对的两侧水平呈相反的方向切向送入，所述气化气体在分解炉下端从分解炉内侧壁相对的两侧水平呈相反的方向切向送入。

方案进一步是：所述气化气体随第一路风之后从分解炉的底端送入。

方案进一步是：当分解炉出口温度超过900℃时，减少气化气体送入量、并且提高所述第一路风与三次风总风量的送风比例直至30%，当分解炉出口温度低于750℃时，增加气化气体送入量、并且降低所述第一路风与三次风总风量的送风比例直至10%。

一种实现所述方法的水泥窑替代燃料气化分级燃烧装置，包括设置在水泥窑回转窑尾的分解炉和热解气化炉，热解气化炉的气化流量通过风机变频器控制，热解气化炉的气化气体通过热解气管道连接至分解炉，水泥窑的三次风管道连接至分解炉，其中，所述的三次风管道分为两路分别是第一路风管道和第二路风管道，所述第一路风管道连接至分解炉底端侧三次风输入口，所述第二路风管道连接至分解炉上端侧三次风输入口，在第一路风管道上设置有电控阀门，所述热解气管道连接至分解炉底端侧的气化气体输入口。

方案进一步是：所述第一路风管道截面积小于所述第二路风管道截面积。

方案进一步是：所述分解炉底端侧三次风输入口、分解炉上端侧三次风输入口和分解炉底端侧的气化气体输入口在分解炉相对的两侧分别对称设置，并且所述分解炉底端侧两侧三次风输入口、分解炉上端侧两侧三次风输入口和分解炉底端侧两侧的气化气体输入口与分解炉侧壁呈相反的切线方向设置。

方案进一步是：所述分解炉底端侧两侧的气化气体输入口和所述分解炉底端侧两侧三次风输入口切线方向设置是从水平切线方向至向上仰角至20度的范围内设置，所述分解炉上端侧两侧三次风输入口切线方向设置是从水平切线方向至向下倾角至20度的范围内设置。

方案进一步是：所述气化气体输入口设置在分解炉底端侧三次风输入口的下端侧。

本发明将热解气化气与分解炉系统有机结合，具有热效率高、分解炉温度分布均匀的特点是煤炭分级和空气分级燃烧技术为主的低氮燃烧和分级燃烧，通过将煤炭和空气分成不同比例送入燃烧室，形成还原气氛降低氮氧化物生成。水泥窑替代燃料气化分级燃烧的优点：

（1）替代燃料适应性宽。不仅适应城市垃圾、污泥，还可处理其他工业废弃物。

（2）替代燃料运行对水泥窑生产影响小。通过一种窑外气化炉对替代燃料进行热解气化，产生大量CO、CH、H、HCN、NH3、焦炭等还原物质，以燃料气方式进入分解炉燃烧。与分解炉系统有机结合，具有热效率高、分解炉温度分布均匀、降氮等特点。产生固体灰渣进入原料系统。

（3）可以显著降低煤燃烧过程中产生的氮氧化物。通过将水泥窑三次风进行空气分级，与热解气化燃料气形成耦合，即降低氮氧化物生成，又保证将燃料气燃尽，发挥替代燃料化学热效应。脱硝效率可达30%。

（4）节约燃煤。由于替代燃料具有热值，气化后进入水泥窑继续燃烧，提供生产所需热，降低煤炭消耗，减少烟气量和污染排放。

（5）运行成本低，没有二次污染。

下面结合附图和实施例对本发明作一详细描述。

附图说明

图1为本发明装置结构工艺流程示意图；

图2为本发明分解炉气体输入口与侧壁外侧关系结构示意图；

图3为分解炉气体输入口与侧壁内侧关系结构示意图，图2的A-A视图。

具体实施方式

实施例1：

一种水泥窑替代燃料气化分级燃烧方法，如图1所示，所述方法包括从热解气化炉1输出的替代燃料热解气化后产生大量富含还原基物质的气化气体，气化气体通过热解气管道101送出，以及送入水泥窑分解炉2的水泥窑三次风，所述水泥窑系统三次风是来源于鼓风机送入篦冷机的冷空气，与熟料进行热交换后的高温空气；该高温空气经过回转窑与篦冷机的连接竖井，进入回转窑的窑头罩。其中一部分入回转窑作为窑头的助燃空气，剩余的部分即为所述三次风。三次风经过风管3送入窑尾分解炉内作为燃料和垃圾燃烧的助燃空气。水泥窑三次风的温度范围为750℃～900℃，其中，所述水泥窑三次风分为由第一路风管道301输送的第一路风和由第二路风管道302输送的第二路风，两路风分别从上下两端送入分解炉，其中：三次风总风量的10%至30%作为所述第一路风从分解炉的底端送入，与上升烟气混合加强煤粉不完全燃烧，强化窑尾烟气还原环境，降低氮氧化物生成，其余的三次风作为所述第二路风从分解炉的顶端送入保证未燃尽的还原基物质继续燃烧燃尽，所述气化气体随所述第一路风从分解炉的底端送入，通过在分解炉顶端设置的传感器4测量分解炉出口烟气温度对所述第一路风与三次风总风量的送风比例以及气化气体送入量进行调节；当然测量还包括氮氧化物浓度、一氧化碳浓度、氧气浓度；根据测量的浓度对所述第一路风与三次风总风量的送风比例以及气化气体送入量进行调节。三次风分两路从分解炉两侧逆切向（呈相反的方向）进入，与分解炉边壁的热气流逆向接触，强化换热和传质，延长物料停留时间。

本方法利用替代燃料热解气化后产生大量富含还原基物质的气体，从分解炉中下部喷入，与从窑尾烟室上升烟气混合，还原烟气中氮氧化物。然后再利用分为两路的三次风在分解炉中形成强的还原性环境，将回转窑内的高温高浓度氮氧化物烟气进行还原，减少氮氧化物生成。热解气化气与分解炉系统有机结合，具有热效率高、分解炉温度分布均匀的特点。

为此，实施例中：所述第一路风和第二路风分别在分解炉上下端从分解炉内侧壁相对的两侧切向送入，所述气化气体在分解炉下端从分解炉内侧壁相对的两侧呈相反的方向切向送入。其中的切向送入可以是水平0度角至仰角20度角的切向送入，这是一种旋转送入实现均匀分布，优选的方案是：所述第一路风和第二路风分在分解炉上下端从分解炉内侧壁相对的两侧呈相反的方向0度水平切向送入，所述气化气体在分解炉下端从分解炉内侧壁相对的两侧呈相反的方向0度水平切向送入。

实施例中：所述气化气体随第一路风之后从分解炉的底端送入。

其调节过程是：当分解炉出口温度超过900℃时，减少气化气体送入量、并且提高所述第一路风与三次风总风量的送风比例直至30%，当分解炉出口温度低于750℃时，增加气化气体送入量、并且降低所述第一路风与三次风总风量的送风比例直至10%。或者：当氮氧化物浓度、一氧化碳浓度、氧气浓度超过设定值升高时，减少气化气体送入量、并且提高所述第一路风与三次风总风量的送风比例，当氮氧化物浓度、一氧化碳浓度、氧气浓度低于设定值将低时，增加气化气体送入量、并且降低所述第一路风与三次风总风量的送风比例。

本方法将热解气化气通过烟道进入分解炉底部，与烟室上升烟气混合接触。三次高温风经过阀门，分成二路不同比例空气，一路总风量10-30%的空气由分解炉下部以切向方向进入分解炉。与上升烟气混合，形成强的还原环境。风量可通过调节阀进行控制，根据分解炉出口烟气分析仪氮氧化物浓度、一氧化碳浓度、氧气浓度、温度等参数调节分风比例和燃煤投入量。达到节煤、降氮、处废的综合效果。运行调节方式主要涉及气化炉风量、气化炉出口温度、气化炉阀门、三次风阀门和分解炉出口温度。根据气化炉出口温度进行三次风阀门和气化炉风量调节。当分解炉出口温度超过900℃时，将气化炉的风减少到设计风量的20-30%（风机变频器），并减少尾煤投加量，增加三次风阀门开度到30-40%（针对三次风总风量的10%至30%）；当分解炉出口温度较低时，增加气化炉一次风量，提高气化炉出口燃气温度，相应减少三次风阀门开度到10-20%（针对三次风总风量的10%至30%）。气化炉检修时关闭气化炉出口阀门。水泥窑紧急停车时，先关闭气化炉废弃物发给料阀，关闭气化炉风机，再关闭气分解炉道阀门。

实施例2：

一种实现实施例1所述方法的水泥窑替代燃料气化分级燃烧装置，如图1所示，所述装置包括设置在水泥窑回转窑5尾的分解炉2和独立设置的热解气化炉1，热解气化炉设置有气化鼓风机6，热解气化炉的气化流量通过风机变频器控制，热解气化炉的气化气体通过热解气管道101连接至分解炉，水泥窑的三次风管道3连接至分解炉，其中，所述的三次风管道分为两路分别是第一路风管道301和第二路风管道302，所述第一路风管道连接至分解炉底端侧三次风输入口，所述第二路风管道连接至分解炉上端侧三次风输入口，在第一路风管道上设置有电控阀门7，所述热解气管道连接至分解炉底端侧的气化气体输入口。

其中：三次风总风量的10%至30%作为所述第一路风从分解炉的底端送入，因此，所述第一路风管道截面积小于所述第二路风管道截面积，可以通过调节电控阀门7来控制送风比例；当然还可以在第二路风管道上设置有电控阀门8，通过两个阀门协调控制送风比例。

实施例中：为了使送入分解炉的风均匀分布，如图2和图3所示，所述分解炉底端侧三次风输入口9、分解炉上端侧三次风输入口10和分解炉底端侧的气化气体输入口11在分解炉相对的两侧分别对称设置，并且所述分解炉底端侧两侧三次风输入口、分解炉上端侧两侧三次风输入口和分解炉底端侧两侧的气化气体输入口与分解炉侧壁呈相反的切线方向设置，使得进入的气体是旋转进入分解炉。

实施例中：所述分解炉底端侧两侧的气化气体输入口和所述分解炉底端侧两侧三次风输入口切线方向设置是从水平切线方向至向上仰角至20度的范围内设置，所述分解炉上端侧两侧三次风输入口切线方向设置是从水平切线方向至向下倾角至20度的范围内设置。

其中：所述气化气体输入口设置在分解炉底端侧三次风输入口的下端侧，气化气体输入口与分解炉底端侧三次风输入口的垂直距离在100mm至200mm。

实施例中：在热解气化炉1的上端是给料设备12，给料设备可以是输送带从替代燃料库13连接到热解气化炉，气化鼓风机6的管道一直连接到替代燃料库，将替代燃料库的臭气吹入热解气化炉。

本实施例结构将三次风高温空气分成二路，一路空气与燃料气结合，加强煤粉不完全燃烧，强化窑尾烟气还原环境，降低氮氧化物生成，空气比例占总风量10-30%。其余70-90%风量从分解炉上部进入，保证未燃尽的还原基物质继续燃烧燃尽。三次风分两路从分解炉两侧逆切向进入，第一路三次风从底侧与分解炉边壁的热气流逆向接触，强化换热和传质，延长物料停留时间。第二路三次风从分解炉上部单独进入。每一路风都有对应的电动阀门控制。根据分解炉出口烟气分析仪氮氧化物浓度、一氧化碳浓度、氧气浓度、温度等参数调节分风比例和燃煤投入量。达到节煤、降氮、处废的综合效果。

Claims (10)

1.一种水泥窑替代燃料气化分级燃烧方法，包括从热解气化炉输出的气化气体以及送入水泥窑分解炉的水泥窑三次风，水泥窑三次风温度范围在750℃～900℃，其特征在于，所述水泥窑三次风分为第一路风和第二路风，两路风分别从上下两端送入分解炉，其中：三次风总风量的10%至30%作为所述第一路风从分解炉的底端送入，其余的三次风作为所述第二路风从分解炉的顶端送入，所述气化气体随所述第一路风从分解炉的底端送入，通过测量分解炉出口烟气温度对所述第一路风与三次风总风量的送风比例以及气化气体送入量进行调节。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一路风和第二路风分别在分解炉上下端从分解炉内侧壁相对的两侧呈相反的方向切向送入，所述气化气体在分解炉下端从分解炉内侧壁相对的两侧呈相反的方向切向送入。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第一路风和第二路风分在分解炉上下端从分解炉内侧壁相对的两侧水平呈相反的方向切向送入，所述气化气体在分解炉下端从分解炉内侧壁相对的两侧水平呈相反的方向切向送入。

4.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于，所述气化气体随第一路风之后从分解炉的底端送入。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当分解炉出口温度超过900℃时，减少气化气体送入量、并且提高所述第一路风与三次风总风量的送风比例直至30%，当分解炉出口温度低于750℃时，增加气化气体送入量、并且降低所述第一路风与三次风总风量的送风比例直至10%。

6.一种实现权利要求1至5之一所述方法的水泥窑替代燃料气化分级燃烧装置，包括设置在水泥窑回转窑尾的分解炉和热解气化炉，热解气化炉的气化流量通过风机变频器控制，热解气化炉的气化气体通过热解气管道连接至分解炉，水泥窑的三次风管道连接至分解炉，其特征在于，所述的三次风管道分为两路分别是第一路风管道和第二路风管道，所述第一路风管道连接至分解炉底端侧三次风输入口，所述第二路风管道连接至分解炉上端侧三次风输入口，在第一路风管道上设置有电控阀门，所述热解气管道连接至分解炉底端侧的气化气体输入口。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一路风管道截面积小于所述第二路风管道截面积。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述分解炉底端侧三次风输入口、分解炉上端侧三次风输入口和分解炉底端侧的气化气体输入口在分解炉相对的两侧分别对称设置，并且所述分解炉底端侧两侧三次风输入口、分解炉上端侧两侧三次风输入口和分解炉底端侧两侧的气化气体输入口与分解炉侧壁呈相反的切线方向设置。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述分解炉底端侧两侧的气化气体输入口和所述分解炉底端侧两侧三次风输入口切线方向设置是从水平切线方向至向上仰角至20度的范围内设置，所述分解炉上端侧两侧三次风输入口切线方向设置是从水平切线方向至向下倾角至20度的范围内设置。

10.根据权利要求6或7或8或9所述的装置，其特征在于，所述气化气体输入口设置在分解炉底端侧三次风输入口的下端侧。