CN106675650B - Erd+燃煤饱和蒸汽催化燃烧脱硝装置及工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了ERD+燃煤饱和蒸汽催化燃烧脱硝装置，包括：一分解炉，其底部设二次风入口，与水泥回转窑连接；分解炉由下至上包括还原区、主燃区、再燃区、燃尽区，在还原区、再燃区分别安装还原区饱和蒸汽催化燃烧器、再燃区饱和蒸汽催化燃烧器；还原区饱和蒸汽催化燃烧器、再燃区饱和蒸汽催化燃烧器与蒸汽流量计量装置连接，蒸汽流量计量装置与蒸汽稳压罐连接，蒸汽稳压罐与蒸汽主管道连接，主燃区与燃尽区分别与三次风和燃尽风连接，为富氧燃烧区，确保系统煤粉燃尽。本发明还公开了ERD+燃煤饱和蒸汽催化燃烧脱硝工艺方法。本发明具有脱硝效率高、工艺流程简单易操作、运行成本低、系统稳定性高、优化熟料生产工艺、节能降耗等优势。

Description

ERD+燃煤饱和蒸汽催化燃烧脱硝装置及工艺方法

技术领域

本发明涉及环境保护领域，具体涉及水泥生产线的烟气脱硝，尤其涉及一种ERD+燃煤饱和蒸汽催化燃烧脱硝装置；此外，本发明还涉及一种ERD+燃煤饱和蒸汽催化燃烧脱硝的工艺方法。

背景技术

《“十二五”节能减排综合性工作方案》（国发〔2011〕26号）、《国家环境保护“十二五”规划》（国发〔2011〕42号）、《节能减排“十二五”规划》（国发〔2012〕40号）、《重点区域大气污染防治“十二五”规划》（环发〔2012〕130号）、《关于执行大气污染物特别排放限值的公告》（环境保护部公告2013年第14号）等文件明确规定2015年水泥行业NOx排放量控制在150万吨，淘汰水泥落后产能3.7亿吨；对新型干法窑降氮脱硝，新、改、扩建水泥生产线综合脱硝效率不低于60%；在大气污染防治重点地区，对水泥行业实施更加严格的特别排放限制。《水泥工业大气污染物排放标准》(GB4915-2013)， NOx 排放限值由800mg/Nm³ 提高至到400mg/Nm³，2017年1月1日起执行300 mg/Nm³。现在，重点地区的水泥窑及窑尾余热利用系统NOx排放限值为300 mg/Nm³，部分地区氮氧化物排放标准达到200 mg/Nm³和150 mg/Nm³，甚至更低。进入“十三五”，环保形势的变化对水泥工业的大气污染防治、特别是NOx总量减排提出了更高要求。

SNCR选择性非催化还原脱硝——市场占有率最大的脱硝技术，氨氮比设计为1~1.5。脱硝运行成本高，增大了企业负担。

申请人于2013年3月22日申请的申请号为201310095381.1的发明专利公开了一种高效再燃脱硝装置及工艺方法，该装置包括一分解炉，分解炉的底部设二次风入口，其与水泥回转窑连接；分解炉的下段由下至上包括低氮主燃烧器、再燃燃烧器，在低氮主燃烧器位置设生料入口；煤粉仓的煤粉从低氮主燃烧器、再燃燃烧器进入分解炉；在生料入口下方设三次风入口，其与水泥回转窑的冷却机连接；分解炉的上段由下至上设燃尽风入口和SNCR喷枪；燃尽风入口与三次风入口及水泥回转窑的冷却机连接；SNCR喷枪与离心泵、氨水储罐装置连接；分解炉的上段设烟气出口，烟气出口与旋风预热器、电收尘器、烟囱连接。该专利的缺点在于：

（1）ERD高效再燃脱硝技术应用于热值高的烟煤效果更佳；

（2）无氨脱硝率约为40%；

（3）易引起后燃现象。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种ERD（efficient reburning denitration，高效再燃脱硝）+燃煤饱和蒸汽催化燃烧脱硝装置，本装置具有工艺流程简单、运行成本低，系统稳定性高，优化熟料生产工艺，促进煤粉充分燃烧，避免后燃现象、脱硝效率高、应用广泛等优势。它降低政府及企业治理环境污染投资成本，改善当地的大气环境质量，使水泥厂的NOx排污费进一步降低。为此，本发明还提供ERD+燃煤饱和蒸汽催化燃烧脱硝方法。

为解决上述技术问题，本发明提供一种ERD+燃煤饱和蒸汽催化燃烧脱硝装置，包括：一分解炉，分解炉的底部设二次风入口，其与水泥回转窑连接；分解炉由下至上包括还原区、主燃区、再燃区和燃尽区，在还原区、再燃区分别安装还原区饱和蒸汽催化燃烧器、再燃区饱和蒸汽催化燃烧器；还原区饱和蒸汽催化燃烧器、再燃区饱和蒸汽催化燃烧器与蒸汽流量计量装置连接，蒸汽流量计量装置与蒸汽稳压罐连接，蒸汽稳压罐与蒸汽主管道连接，主燃区和燃尽区分别与三次风和燃尽风连接，为富氧燃烧区，以确保系统煤粉燃尽。

作为本发明优选的技术方案，在所述主燃区位置设C4下料管入分解炉第一生料入口，在所述还原区位置设C4下料管入分解炉第二生料入口；所述C4是第四级预热分离器；所述C4下料管中设置电动三通阀门用于分料。

作为本发明优选的技术方案，在所述主燃区位置设三次风入口，所述分解炉的上段设燃尽区以及燃尽风入口；燃尽风入口与三次风入口及水泥回转窑的冷却机连接。

作为本发明优选的技术方案，在所述分解炉与所述水泥回转窑连接处连接有C5，所述C5是第五级预热分离器，在C5出口设置SNCR喷枪，SNCR喷枪均匀布置在C5出口的圆周壁面上；在所述分解炉的顶部所设的分解炉出口烟道处设置SNCR喷枪；所述SNCR喷枪上设智能型电磁流量计。

作为本发明优选的技术方案，从煤粉仓输送来的煤粉通过还原煤粉管道，主燃煤粉管道，再燃煤粉管道分别进入分解炉的还原区、主燃区、再燃区；所述还原煤粉管道，主燃煤粉管道，再燃煤粉管道都安装有耐磨陶瓷电动阀门。

作为本发明优选的技术方案，所述蒸汽流量计量装置中设置智能型涡街流量计、温度变送器、压力变送器。

此外，本发明还提供一种采用上述装置进行ERD+燃煤饱和蒸汽催化燃烧脱硝的工艺方法，包括如下步骤：

（1）生料从生料入口处进入分解炉进行分解；从煤粉仓输送来的煤粉分成三路管道分别进入分解炉的还原区、主燃区、再燃区；

（2）还原区转化来自窑头煤粉燃烧以及高温烟气经过水泥回转窑产生的氮氧化物；主燃区的煤粉与来自水泥回转窑的高温二次风接触后开始燃烧释放热量；再燃区煤粉是与主燃区煤粉燃烧产生的烟气接触制造还原气氛，转化由还原区剩余及主燃区生成的氮氧化物；

（3）饱和蒸汽通过蒸汽主管道引入蒸汽稳压罐，再通过蒸汽稳压罐出口设置蒸汽流量计量装置分别进入还原区饱和蒸汽催化燃烧器与再燃区饱和蒸汽催化燃烧器，从而进入分解炉中营造的还原区以及再燃区；燃烧器中设置催化剂，饱和蒸汽与煤粉接触混合通过催化剂的作用产生水煤气反应，使得部分煤粉从非均相燃烧转化为均相燃烧，抑制了NOx的生成。

作为本发明优选的技术方案，步骤（2）中，所述主燃区通过三次风入口补入的氧气使得主燃煤粉充分燃烧，保证了生料的分解效率；为了保证再燃煤粉的充分燃烧，从三次风管引入一股燃尽风从燃尽风入口进入分解炉再燃煤粉的上方建立燃尽区，来保证再燃煤粉的充分燃烧，提升窑炉温度，提高生料的分解率。

作为本发明优选的技术方案，步骤（3）中，所述饱和蒸汽通过蒸汽主管道引入蒸汽稳压罐后，通过减压装置，将压力控制在0.5MPa，再进入蒸汽流量计量装置；所述蒸汽流量计量装置用于对蒸汽温度、压力和流量参数进行检测，通过蒸汽调节阀控制蒸汽用量。

作为本发明优选的技术方案，在步骤（3）之后增加如下步骤：在所述分解炉与所述水泥回转窑连接处连接有C5（第五级预热分离器），在C5（第五级预热分离器）出口处接入SNCR喷枪，喷淋氨水。

本发明ERD+燃煤饱和蒸汽催化燃烧脱硝技术是由申请人针对燃煤窑炉在ERD的基础上研发的一种高效率、低运行成本的脱硝技术，ERD+无氨脱硝效率最高可达80%，甚至可以实现零成本脱硝，大大降低了企业脱硝的负担。

ERD+燃煤饱和蒸汽催化燃烧脱硝技术的核心是针对燃煤的燃烧特性，在提升燃煤燃烧速度及燃尽率的基础上达到高的脱硝效率。它将入分解炉的风、煤、料多点分布，在分解炉的中部分出部分尾煤，在分解炉下锥部分出部分的尾煤及生料建立下部还原区和中部还原区（再燃区），在分解炉的中部再燃区上部分出部分的三次风建立燃尽区，通过控制窑尾煤粉的燃烧及分解炉三次风的流量和走向，转化来自窑头及主燃区内产生的氮氧化物，未燃烧完全的再燃煤粉在上升的过程中与燃尽风接触，实现煤粉充分燃烧，提升窑炉温度，提高生料分解率。

在分解炉还原区，尾煤通过我公司研发的燃煤饱和蒸汽催化燃烧器喷入分解炉，产生的促燃及低氮效果分为以下几点：1.饱和蒸汽浸入灼热碳晶体结构矩阵，在碳—水蒸汽气化反应过程中，促进CO和碳氧配合物C(O)， C(O)会发生分解生成CO、CH₄、H₂、HCN等还原剂，用于氮氧化物的还原；2.饱和水蒸汽促进CO和CO₂的生成速度以及O₂消耗速度，加剧了还原气氛的产生；3.煤粉中的燃料氮分为焦炭氮和挥发分氮，饱和水蒸汽对煤粉热解含氮产物NH₃与HCN的析出起到促进作用，这对于控制NO的生成起到重要作用。4.饱和水蒸气产生水煤气反应，生成CO和H₂对NO产生还原作用。5.饱和水蒸汽的加入使得部分煤粉从非均相燃烧转化为均相燃烧，对煤粉的燃烧起到促进作用，煤粉的燃尽率大大提升，提升率可达50%或更高。

项目实施后氮氧化物可降低50%，分解炉温度场均匀，有效利用率提升，生料分解率可提升2%左右，燃煤在饱和蒸汽的催化燃烧下燃尽时间缩短，燃尽率大大提升，系统热耗降低显著，单位熟料可降低标煤1~3kg。

下面对本发明的原理做具体说明：

1、ERD高效再燃脱硝工艺原理

高效再燃脱硝技术通过控制入分解炉内燃料、热风的流量及走向，将分解炉从下往上分为主燃区、再燃区、燃尽区。将主燃烧区的燃料和三次风以相同比例分配一部分至分解炉的中上部，使燃料在主燃烧区充分燃烧放热，减少分解炉锥体部分及烟室结皮；在主燃区上部，加入一部分燃料，在缺氧的气氛下形成还原区，利用还原燃烧产生的碳氢基团、CO、HCN、CN、NHi等活性基团还原已经形成的氮氧化物并抑制氮氧化物的转化，有效还原窑内及分解炉主燃烧区产生的氮氧化物；在还原上部加入部分三次风，保证燃料的燃尽。

1）再燃脱硝技术降低NOx的基本原理

NOx在遇到烃根CHi、未完全燃烧产物CO、C和未完全燃烧中间产物HCN基团、NHi基团时，会被还原为N₂。这就是再燃降低NOx的基本原理。据此，将整个炉膛分为三个区：主燃区，再燃区与燃尽区。将占入炉总热量80％～85％的燃料送入α＞1的主燃区，使燃料中的氮尽可能的转化为NOx。其余占入炉总热量15％～20％的燃料送入主燃区上部的再燃区，在α＜1的条件下形成还原性气氛，使得在主燃区中生成的NOx在再燃区中被还原成氮分子，同时抑制新的NOx的生成，使NOx的排放浓度进一步降低。借助在再燃区上方布置的“火上风”喷口形成的燃尽区，使在再燃区的未完全燃烧产物得以燃尽。

2）再燃脱硝技术降低NOx的化学反应机理

再燃煤粉在还原性气氛下生成的烃根CHi、CO、焦炭和未完全燃烧中间产物HCN基团，以下两个主要反应控制着再燃降低NOx排放的水平：

C，CH，CH₂＋NO→HCN＋…(1)

HCN＋O，OH→N₂＋…(2)

敏感系数最大的两个反应为：

H＋O₂→OH＋O…(3)

C，CH，CH₂＋NO→HCN＋…(4)

再燃降低NOx排放机理中，HCN是一种

十分重要的中间产物，在富燃料情况下有以下反应：

CHi＋NO→HCN＋…(5)

然后HCN通过如下的反应还原为N₂：

HCN＋O→NCO＋H…(6)

NCO＋H→NH＋CO…(7)

NH＋H→N＋H₂…(8)

N＋NO→N₂＋O…(9)

部分再燃煤粉在还原性气氛下的中间产物氨基也是还原主燃区内已生成NOx的一个重要途径：

NO＋NHi→N₂＋…(10)

由此，再燃煤粉在还原性气氛下对主燃区煤粉燃烧生成的氮氧化物的还原反应中，再燃燃料中产生的中间产物氰基、氨基和烃根等起到分解氮氧化物的作用。实际应用中应使再燃区产生还原性气氛，并尽量使烃根CHi与NO相接触，避免CHi与O接触，以保证燃料分级燃烧对降低NOx排放的效果。

2、ERD+燃煤饱和蒸汽催化燃烧脱硝技术化学反应原理

碳—水蒸汽的气化反应是水蒸汽解离生成·OH自由基氧化碳发生化学反应的结果，水蒸汽解离生成·OH自由基，水蒸汽在高温条件下发生解离，生成H·和·OH自由基，·OH自由基具有极强的氧化能力，是一种非选择性的氧化剂，几乎能氧化各种有机物和无机物，水蒸汽气化过程主要分为以下几个步骤：

链引发：高温条件下H₂O分子扩散到碳表面并被表面的碳原子吸附发生解离，生成反应性非常高的H·和·OH自由基：H₂O H·+·OH

链反应：自由基是化学上不饱和的离子具有很高的反应能力，因此·OH与碳表面的碳原子快速发生反应生成：C+·OH C(O)+ H·

链终止：生成C(O)根据反应环境的不同，部分C(O)从碳表面脱附生成CO，部分C(O)与·OH继续反应生成H·和CO₂，H·与H·发生反应生成H₂，生成的气体扩散到气相主体中。

再燃煤粉在还原性气氛下生成的烃根CHi、CO、焦炭和未完全燃烧中间产物HCN基团，以下两个主要反应控制着再燃降低NO_x排放的水平：

C，CH，CH₂＋NO→HCN＋… (1)

HCN＋O，OH→N₂＋… (2)

敏感系数最大的两个反应为：

H＋O₂→OH＋O …(3)

C，CH，CH₂＋NO→HCN＋… (4)

再燃降低NO_x排放机理中，HCN是一种十分重要的中间产物，在富燃料情况下有以下反应：

CH_i＋NO→HCN＋…(5)

然后HCN通过如下的反应还原为N₂：

HCN＋O→NCO＋H …(6)

NCO＋H→NH＋CO …(7)

NH＋H→N＋H₂ …(8)

N＋NO→N₂＋O …(9)

水蒸气和煤焦接触产生的CO、H₂以及部分再燃煤粉在还原性气氛下的中间产物氨基也是还原主燃区内已生成NO_x的一个重要途径：

NO＋NH_i→N₂＋…(10)

2C＋2NO→N₂＋2CO…(11)

2H₂＋2NO→N₂＋H₂O…(12)

2CO＋2NO→N₂＋CO₂…(13)

由此，再燃煤粉在还原性气氛下对主燃区煤粉燃烧生成的氮氧化物的还原反应中，再燃燃料中产生的中间产物氰基、氨基和烃根等起到分解氮氧化物的作用。实际应用中应使再燃区产生还原性气氛，并尽量使烃根CH_i与NO相接触，避免CHi与O接触，以保证燃料分级燃烧对降低NO_x排放的效果。

3、 ERD+燃煤饱和蒸汽催化燃烧脱硝技术优势

3.1饱和蒸汽对系统影响

碳水反应吸热，产物燃后补回。标况下，1mol纯碳与水蒸气完全反应时的吸热和所产水煤气完全燃烧时的放热情况如下：

C＋H₂O→CO＋H₂…+131.307 (14)

2CO＋2NO→N₂＋2CO₂…-282.994 (15)

2H₂＋2NO→N₂＋H₂O…-241.827 (16)

以上化学反应式的吸热和放热差值，正好等于标态下1mol纯碳完全燃烧放出来的热量：

C＋O₂→CO₂…-393.514 (17)

由此可见，蒸汽的补入对煤耗无负面影响。

饱和蒸汽浸入灼热碳晶体结构矩阵，在碳—水蒸汽气化反应过程中，促进CO和碳氧配合物C(O)，随后C(O)会发生分解生成CO、CH₄、H₂、HCN等还原剂，用于氮氧化物的还原；

饱和蒸汽促进CO和CO₂的生成速度以及O₂消耗速度，在挥发份为主的反应阶段促进CO₂的生成更明显，而焦炭为主的反应阶段促进CO的生成更明显。但单位质量煤粉的CO₂的生成量和O₂消耗量均降低、CO生成量增加，加剧了还原气氛的产生；

煤粉中的燃料氮分为焦炭氮和挥发分氮，饱和蒸汽对煤粉热解含氮产物NH₃与HCN的析出起到促进作用，这对于控制NO的生成起到重要作用。对于通常焦炭N的转化难以控制来说，把煤中的N转化为挥发份N更利于控制NO的生成。控制好挥发份的燃烧气氛、温度，就能较好地控制NO的生成，还原性气氛中，挥发份中NH₃与HCN对NO也起到还原作用；

饱和蒸汽的加入产生水煤气反应，生成CO和H₂对NO产生还原作用，另外，饱和蒸汽的加入使得部分煤粉从非均相燃烧转化为均相燃烧，对煤粉的燃烧起到促进作用，气体的快速燃烧也造成了周围的氧气消耗，还原性气氛的形成也抑制了NO的生成。

由此可见，饱和蒸汽的补入既可提高燃煤的燃尽效率，又可以营造还原气氛，促进氮氧化物的还原。

3.2过量空气系数的控制对系统影响

项目改造后，分解炉出口平均氧含量控制在2%左右，改善煤粉在分解炉内的燃烧状态，降低CO浓度，提高煤粉的燃尽率。

在保证窑内正常通风，确保窑内不出现还原气氛的前提下，通过控制回转窑内过剩风量，适当降低系统风量。一方面降低了烧成系统由于拉风过大而产生过多的热量损失，另一方面保证煤粉的燃尽率，提高分解炉的发热能力。

3.3 ERD高效再燃技术的应用

ERD+燃煤饱和蒸汽催化燃烧脱硝技术，煤风料多点分布，使分解炉温度场均布，既避免了高温区的大面积出现，也缩小了低温区域容积，煤粉热能利用率提升显著；分解炉有效反应温度区域增加，分解炉相对炉容增加；分解炉锥部增加料、煤喷入点，延长了部分原料（30%~40%）的反应时间，分解炉有效利用率增加。

3.4氨氮比的控制

从图2可知，SNCR脱硝装置的脱硝效率随着氨氮比的增加而增加呈缓慢增长的趋势，当SNCR的脱硝效率接近80%时，随着氨水用量的增加，脱硝效率不再增加，也就是说，喷再多的氨水也无法继续降低氮氧化物的浓度。

通常SNCR脱硝装置的氨氮比1.2～1.5，经ERD脱硝技术改造后，氨氮比降低为0.8～1.1，也就说减少氨逃逸，提高氨水与氮氧化物的反应程度，从而降低由于氨气氧化和水分蒸发而带走的热量损失。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

（1）引入饱和蒸汽以后，一方面：可以提高煤粉燃烧速度，使煤粉燃尽时间缩短50%以上；另一方面：碳与水蒸气反应生成还原剂，可以提高还原区还原剂浓度，提高脱硝效率，具有双重作用；

（2）相对于ERD高效再燃脱硝技术，ERD+饱和蒸汽催化燃烧技术在上述技术的基础上增加还原区煤粉入炉，使煤粉与空气混合更均匀，促进煤粉燃烧的同时，可以减少分解炉局部温度过高的问题；

（3）通过引出“火上风”，在分解炉内形成第二个还原区，分解炉内建立两个还原区（分解炉锥部和分解炉中部），原有ERD高效再燃脱硝技术只有分解炉中部一个还原区，两个还原区增加了NOx与还原剂反应的时间，提高脱硝效率；

（4）ERD+饱和蒸汽催化燃烧技术引入分料系统，通过分料，使煤粉燃烧放出的热量，充分被生料吸收，另外，生料的吸热速率越快，越有利于煤粉的燃烧，而且，可以平衡分解炉内温度，避免分解炉内高温区的产生。

（5）ERD+饱和蒸汽催化燃烧装置适应性强，不仅适用于烟煤，同样在无烟煤也能实现高效脱硝。

（6）ERD+饱和蒸汽催化燃烧装置克服了ERD高效再燃脱硝技术无氨脱硝效率不高于40%的缺陷，能进一步的实现更高脱硝效率，最终实现无氨脱硝。在ERD+燃煤饱和蒸汽催化燃烧脱硝技术中，氨水是在燃烧工艺控制除去50%的氮氧化物后喷淋。因此，ERD+燃煤饱和蒸汽催化燃烧脱硝技术控制氮氧化物的工艺脱硝效率更高，燃烧后控制所需的还原剂用量大大减小，氨氮比设计为0~0.8，从源头上降低了氨逃逸的可能性，氨逃逸可控制在6ppm（4.55mg/m³)以内。

（7）ERD+燃煤饱和蒸汽催化燃烧脱硝技术优势在于在优化燃烧系统工艺的同时控制了氮氧化物的产生，并且其工艺流程简单、运行成本低，系统稳定性高，优化熟料生产工艺，脱硝效率高等优势。它降低政府及企业治理环境污染投资成本，改善当地的大气环境质量，使水泥厂的NOx排污费进一步降低。为水泥行业脱硝提供了一个保护环境、节能减排的新模式。本发明通过工艺改造降低氮氧化物原始浓度，系统改造后，在不使用氨水的情况下脱硝率可达50%以上，降低脱硝成本、减少因氨逃逸引起的二次污染。实施ERD+燃煤饱和蒸汽催化燃烧脱硝技术改造后，NOx排放指标先进，能有效减少环境污染，降低对人体健康危害，达到节能减排的目的，NOx排放符合国家不断提高的环保标准，最终以最低的运行成本实现将NOx排放标准控制在100mg/Nm³以下。

（8）通过工艺优化，使系统温度场分布均匀，生料的分解率提高2%，稳定产品质量；

（9）改善燃烧途径，让煤粉充分燃烧，优化工艺，使吨熟料煤耗降低1~2千克；

（10）与水泥厂转型无缝对接，分解炉的流场布置使窑炉协同处理废弃物处理量更高，且固废处理使系统脱硝率更高，达到固废处理、脱硝率双赢的局面。

附图说明

图1是本发明一种ERD+燃煤饱和蒸汽催化燃烧脱硝装置的结构示意图。

图2是本发明的SNCR系统氨氮比与脱硝效率关系示意图。

图中附图标记说明如下：

1是煤粉；2是还原区；2A是还原煤粉管道；3是主燃区；3A是主燃煤粉管道；4是再燃区；4A是再燃煤粉管道；5是C4（第四级预热分离器）下料管入分解炉第一生料入口；6是C4（第四级预热分离器）下料管入分解炉第二生料入口；7是水泥回转窑；8是三次风入口；9是燃尽风入口；10是蒸汽主管道；11是蒸汽稳压罐；12是蒸汽流量计量装置；13是还原区饱和蒸汽催化燃烧器；14是再燃区饱和蒸汽催化燃烧器；15是C5（第五级预热分离器）出口；16是分解炉；17是燃尽区，18是电动三通阀门，19是分解炉出口烟道。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步阐明本发明，但这些实施例只是用于说明本发明，而不是来限制本发明的范围。

实施例1

如图1所示，本发明提供一种ERD+燃煤饱和蒸汽催化燃烧脱硝装置，包括：

一分解炉16，分解炉16的底部设二次风入口，其与水泥回转窑7连接；分解炉16由下至上包括还原区2、主燃区3、再燃区4、燃尽区17，在还原区2、再燃区4分别安装还原区饱和蒸汽催化燃烧器13、再燃区饱和蒸汽催化燃烧器14；在主燃区3位置设C4（第四级预热分离器）下料管入分解炉第一生料入口5，在还原区2位置设C4（第四级预热分离器）下料管入分解炉第二生料入口6；主燃区3和燃尽区17分别与三次风和燃尽风连接，为富氧燃烧区，以确保系统煤粉燃尽。在主燃区3位置设三次风入口8，分解炉16的上段设燃尽区17以及燃尽风入口9；燃尽风入口9与三次风入口8及水泥回转窑7的冷却机连接；还原区饱和蒸汽催化燃烧器13、再燃区饱和蒸汽催化燃烧器14与蒸汽流量计量装置12连接，蒸汽流量计量装置12与蒸汽稳压罐11连接，蒸汽稳压罐11与蒸汽主管道10连接。在分解炉16与水泥回转窑7连接处连接有C5（第五级预热分离器），在C5（第五级预热分离器）出口15设置SNCR喷枪，SNCR喷枪均匀布置在C5（第五级预热分离器）出口15的圆周壁面上。

本发明装置与申请号为201310095381.1的发明专利公开的ERD高效再燃脱硝装置相比，有如下改进：

1）燃烧器

系统分别为还原区2、再燃区4、安装还原区饱和蒸汽催化燃烧器13, 再燃区饱和蒸汽催化燃烧器14，以达到提高燃煤速率，还原氮氧化物的目的。

）饱和蒸汽稳压输送系统

从余热发电饱和蒸汽气包取饱和蒸汽进入蒸汽稳压罐11，通过减压装置，将压力控制在0.5MPa左右， 进入蒸汽流量计量装置12。

）饱和蒸汽计量检测控制系统

通过设置蒸汽流量计量装置12，对蒸汽温度、压力和流量等参数进行检测，通过蒸汽调节阀控制蒸汽用量。

）煤粉系统改造

再燃管道入炉位置及角度调整、主燃煤粉管道分支下移。

ERD高效再燃脱硝技术（申请号为201310095381.1的发明专利）中煤粉管道设立主燃区和再燃区进入分解炉，本发明ERD+饱和蒸汽催化燃烧装置增加还原区2煤粉入炉，同时在还原区2及再燃区4配合加入饱和蒸汽，极大地促进氮氧化物的还原，提高了脱硝效率。

）C4分料改造

调整C4分料入炉位置（原有C4下料位置在图1中C4（第四级预热分离器）下料管入分解炉第一生料入口5的位置，调整分料后分成两路入炉C4（第四级预热分离器）第一生料入口5和C4（第四级预热分离器）下料管入分解炉第二生料入口6，通过分料，使煤粉燃烧放出的热量，充分被生料吸收，另外，生料的吸热速率越快，越有利于煤粉的燃烧，而且，可以平衡分解炉内温度，避免分解炉16内高温区的产生，使生料在燃尽区17分解，降低燃尽区17二次高温产生的可能性。

）电气控制系统

电气控制系统能够实现自动控制，保证本系统的高效方便运行，主要体现在一下几个方面：

（1）还原煤粉管道2A，主燃煤粉管道3A，再燃煤粉管道4A至还原区、主燃区、再燃区管路都安装有耐磨陶瓷电动阀门，能够根据中控操作的需求自动调整喂煤比例，保证分解炉温度及窑况正常运行；

（2）蒸汽流量计量装置12中设置智能型涡街流量计、温度变送器、压力变送器，实时在线监测蒸汽管路中蒸汽的流量、温度与压力并能在中控系统实现远传，便于操作人员观察。

（3）C4（第四级预热分离器）下料管中设置电动三通阀门18用于分料并能在中控操作，能够在本技术中实现自动分料，保证在实现高效脱硝的同时提高生料分解率，提升窑况质量。

（4）C5（第五级预热分离器）出口15新增SNCR喷枪，SNCR喷枪流量也能通过SNCR喷枪上设的智能型电磁流量计反馈至中控画面，中控操作员能够根据环保在线数据实时调节喷氨流量，保证在环保达标的情况下实现系统高效运行。

如图1所示，一种ERD+燃煤饱和蒸汽催化燃烧脱硝的工艺方法，包括如下步骤：

从煤粉仓输送来的煤粉1分成三路管道（还原煤粉管道2A，主燃煤粉管道3A，再燃煤粉管道4A）入分解炉16，在分解炉16由下至上分别建立还原区2、主燃区3、再燃区4（煤粉1分成三路管道还原煤粉管道2A，主燃煤粉管道3A，再燃煤粉管道4A分别进入分解炉16的还原区2、主燃区3、再燃区4）。还原区煤粉主要是在分解炉16锥部营造还原区2，转化来自窑头煤粉燃烧以及高温烟气经过水泥回转窑7产生的氮氧化物。主燃区3的煤粉与来自水泥回转窑7的高温二次风接触后开始燃烧释放热量，通过三次风入口8补入的氧气使得主燃煤粉充分燃烧，保证了生料的分解效率。再燃区4煤粉是与主燃区3煤粉燃烧产生的烟气接触制造还原气氛（在分解炉16中部形成第二个还原区），转化由还原区2剩余及主燃区3生成的氮氧化物。同时，为了保证再燃煤粉的充分燃烧，需要从三次风管引入一股燃尽风从燃尽风入口9进入分解炉16再燃煤粉的上方建立燃尽区17，来保证再燃煤粉的充分燃烧，提升窑炉温度，提高生料的分解率。饱和蒸汽通过厂区蒸汽主管道10引入蒸汽稳压罐11，再通过蒸汽稳压罐11出口设置蒸汽流量计量装置12分别进入还原区饱和蒸汽催化燃烧器13与再燃区饱和蒸汽催化燃烧器14从而进入分解炉16中营造的还原区2以及再燃区4，燃烧器中设置催化剂，饱和蒸汽与煤粉接触混合通过催化剂的作用产生水煤气反应，生成CO和H₂对NO产生还原作用，另外，饱和蒸汽的加入使得部分煤粉从非均相燃烧转化为均相燃烧，对煤粉的燃烧起到促进作用，气体的快速燃烧也造成了周围的氧气消耗，还原性气氛的形成也抑制了NO的生成。另外生料通过调配、研磨、预热后，从生料入口处进入分解炉16进行分解。申请号为201310095381.1的发明专利公开生料通过生料入口5进入分解炉16，本发明ERD+技术中通过调整分料分成两路入口C4（第四级预热分离器）下料管入分解炉第一生料入口5，C4（第四级预热分离器）下料管入分解炉第二生料入口6进入分解炉16，使煤粉燃烧放出的热量，充分被生料吸收，C4（第四级预热分离器）下料管中设置电动三通阀门18用于分料并能在中控操作，能实现自动分料，保证在实现高效脱硝的同时提高生料分解率，提升窑况质量；另外，生料的吸热速率越快，越有利于煤粉的燃烧，而且，可以平衡分解炉16内温度，避免分解炉16内高温区的产生。上升高温烟气经过分解炉16后，氮氧化物的含量大大降低，但仍有可能超过国家的排放标准，因此在C5（第五级预热分离器）出口15设置SNCR喷枪，SNCR喷枪均匀布置在C5（第五级预热分离器）出口15的圆周壁面上，SNCR喷枪上设智能型电磁流量计用于调节喷氨流量，配合ERD高效再燃脱硝系统中分解炉16的顶部所设的分解炉出口烟道19处设置SNCR喷枪进一步地脱除残余的氮氧化物，达到80%以上的无氨脱硝标准，综合95%以上的脱硝效率。节省企业负担，完全可以满足国家对水泥厂进一步严苛的排放标准。

Claims (7)

1.一种ERD+燃煤饱和蒸汽催化燃烧脱硝装置，其特征在于，包括：一分解炉，分解炉的底部设二次风入口，其与水泥回转窑连接；分解炉由下至上包括还原区、主燃区、再燃区、燃尽区，在还原区、再燃区分别安装还原区饱和蒸汽催化燃烧器、再燃区饱和蒸汽催化燃烧器；还原区饱和蒸汽催化燃烧器、再燃区饱和蒸汽催化燃烧器与蒸汽流量计量装置连接，蒸汽流量计量装置与蒸汽稳压罐连接，蒸汽稳压罐与蒸汽主管道连接，主燃区和燃尽区分别与三次风和燃尽风连接，为富氧燃烧区，以确保系统煤粉燃尽；

在所述主燃区位置设C4下料管入分解炉第一生料入口，在所述还原区位置设C4下料管入分解炉第二生料入口；所述C4是第四级预热分离器；所述C4下料管中设置电动三通阀门；

在所述分解炉与所述水泥回转窑连接处连接有C5，所述C5是第五级预热分离器，在C5出口设置SNCR喷枪，SNCR喷枪均匀布置在C5出口的圆周壁面上；在所述分解炉的顶部所设的分解炉出口烟道处设置SNCR喷枪；所述SNCR喷枪上设智能型电磁流量计。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，在所述主燃区位置设三次风入口，所述分解炉的上段设燃尽区以及燃尽风入口；燃尽风入口与三次风入口及水泥回转窑的冷却机连接。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，从煤粉仓输送来的煤粉通过还原煤粉管道，主燃煤粉管道，再燃煤粉管道分别进入分解炉的还原区、主燃区、再燃区；所述还原煤粉管道，主燃煤粉管道，再燃煤粉管道都安装有耐磨陶瓷电动阀门。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述蒸汽流量计量装置中设置智能型涡街流量计、温度变送器、压力变送器。

5.一种采用权利要求1-4任一项所述装置进行ERD+燃煤饱和蒸汽催化燃烧脱硝的工艺方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)生料从生料入口处进入分解炉进行分解；从煤粉仓输送来的煤粉分成三路管道分别进入分解炉的还原区、主燃区、再燃区；

(2)还原区转化来自窑头煤粉燃烧以及高温烟气经过水泥回转窑产生的氮氧化物；主燃区的煤粉与来自水泥回转窑的高温二次风接触后开始燃烧释放热量；再燃区煤粉是与主燃区煤粉燃烧产生的烟气接触制造还原气氛，转化由还原区剩余及主燃区生成的氮氧化物；

(3)饱和蒸汽通过蒸汽主管道引入蒸汽稳压罐，再通过蒸汽稳压罐出口设置蒸汽流量计量装置分别进入还原区饱和蒸汽催化燃烧器与再燃区饱和蒸汽催化燃烧器，从而进入分解炉中营造的还原区以及再燃区；燃烧器中设置催化剂，饱和蒸汽与煤粉接触混合通过催化剂的作用产生水煤气反应，使得部分煤粉从非均相燃烧转化为均相燃烧，抑制了NOx的生成；

在所述分解炉与所述水泥回转窑连接处连接有C5，所述C5是第五级预热分离器，在C5出口处接入SNCR喷枪，喷淋氨水。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述主燃区通过三次风入口补入的氧气使得主燃煤粉充分燃烧，保证了生料的分解效率；为了保证再燃煤粉的充分燃烧，从三次风管引入一股燃尽风从燃尽风入口进入分解炉再燃煤粉的上方建立燃尽区，来保证再燃煤粉的充分燃烧，提升窑炉温度，提高生料的分解率。

7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述饱和蒸汽通过蒸汽主管道引入蒸汽稳压罐后，通过减压装置，将压力控制在0.5MPa，再进入蒸汽流量计量装置；所述蒸汽流量计量装置用于对蒸汽温度、压力和流量参数进行检测，通过蒸汽调节阀控制蒸汽用量。

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