CN107099336A - 水泥分解炉高温三次风煤气化再燃高效脱硝系统 - Google Patents

水泥分解炉高温三次风煤气化再燃高效脱硝系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种水泥分解炉高温三次风煤气化再燃高效脱硝系统，包括，分解炉，设置有主燃区喷煤管和水泥生料下料管；高温三次风管，与所述分解炉的主燃区连通以提供助燃风，在所述高温三次风管上连接有向上方延伸的分管，所述分管的未连接端分别引出与所述分解炉再燃区和燃尽区连通的煤气化管和燃尽风管，在所述分管与所述高温三次风管的连接处安装有第一高温调节阀，在所述分管的未连接端安装有第二高温调节阀；所述煤气化管上分别连接有煤气化喷煤管和水蒸汽喷入管。采用本发明不需加装大型设备，投资少；以气体为再燃燃料，脱硝效率高，具有经济高效的特点。

Description

水泥分解炉高温三次风煤气化再燃高效脱硝系统
技术领域
本发明涉及环保领域，特别是涉及一种水泥分解炉高温三次风煤气化再燃脱硝系统。
背景技术
水泥窑炉是典型高排放工业窑炉，尤其是氮氧化物的排放，水泥行业已成为继电力、汽车之后的第三大氮氧化物排放源。随着我国经济的快速发展，对水泥的需求量仍居高不减，致使氮氧化物排放不断增加，而国家对水泥行业氮氧化物的排放标准越来越严格。2004年，《水泥工业大气污染物排放标准》规定，NOx的排放量应小于800mg/Nm3；而在2013年国家颁布的《水泥工业大气污染物排放标准》中，对水泥行业氮氧化物的排放又有了更为严格的标准，《标准》规定：新建企业自2014年3月1日起，现有企业自2015年7月1日起，氮氧化物排放不超过400mg/m3，重点地区不得超过320mg/m3。氮氧化物能够引起酸雨和光化学烟雾，危害人们身体健康，污染大气环境，随着人们环保意识的提高，对降低水泥行业氮氧化物排放的呼声越来越高，水泥行业脱硝已刻不容缓。
回转窑和分解炉是水泥生产系统的两个热工设备，也是氮氧化物产生的设备，基于我国国情，目前水泥行业主要以煤为燃料。在回转窑中，温度高达1800℃，煤粉在高温中燃烧产生大量热力型和燃料型NOx。分解炉中温度虽低于回转窑，但分解炉中喷入的煤粉量大，可产生大量燃料型NOx。限于水泥生产系统特殊的工艺要求，脱硝工作主要由分解炉完成。
煤粉再燃技术，将煤粉在不同位置喷入分解炉，在分解炉中形成主燃区和再燃区(再燃区亦称还原区)。主燃区喷入85％左右的煤粉，在富氧条件下，产生分解炉分解生料所需热量；再燃区喷入大约15％的煤粉，在贫氧条件下，产生还原气氛，将分解炉和回转窑中产生的氮氧化物还原。
煤气化过程是煤炭的热化学加工过程，在高温下，以氧气和水蒸气为气化剂，通过一定的化学反应将煤或煤焦中可燃成分转化为可燃性的气体，如CHi、CO和H2等，CHi、CO和H2都具有较强的还原作用，在还原气氛中可以将氮氧化物还原为N2。
近年来，煤粉再燃技术和气化技术被广泛应用于水泥炉窑。但煤粉在再燃区停留时间短，燃烧缓慢，导致煤粉再燃不能达到理想的脱硝效果，同时会造成燃料燃烧不完全，导致燃尽区燃料过多，提高燃尽区温度，不利于水泥窑炉安全；气化技术虽可以有效降低NOx排放，但需要增添大型气化设备，投资和运行成本高，整体系统复杂，也使得操作复杂，尤其不适合旧厂改造，以上因素极大地阻碍和限制了再燃技术和气化技术在水泥窑炉上的发展与利用。
发明内容
为解决现有水泥窑炉脱硝效果差的问题，本发明提供一种可提高水泥窑炉的分解炉脱硝效果的高温三次风煤气化再燃高效脱硝系统。
特别地，本发明提供水泥分解炉高温三次风煤气化再燃高效脱硝系统，包括，
分解炉，设置有主燃区喷煤管和水泥生料下料管；
高温三次风管，与所述分解炉的主燃区连通以提供助燃风，在所述高温三次风管上连接有向上方延伸的分管，所述分管的未连接端分别引出与所述分解炉再燃区和燃尽区连通的煤气化管和燃尽风管，在所述分管与所述高温三次风管的连接处安装有第一高温调节阀，在所述分管的未连接端安装有第二高温调节阀；所述煤气化管上分别连接有煤气化喷煤管和水蒸汽喷入管。
在本发明的一个实施方式中，所述煤气化管与所述分解炉连接的一端低于在本发明的一个实施方式中，所述煤气化管的水平倾角为30°～45°。
在本发明的一个实施方式中，在所述煤气化管上还连接有抽取回转窑烟气的烟气再循环管，所述烟气再循环管的一端与煤气化管相连另一端通过第三高温调节阀与回转窑的烟气输送管相连。
在本发明的一个实施方式中，所述烟气再循环管中抽取的回转窑烟气在所述煤气化管中的停留时间为1.5s～2s。
在本发明的一个实施方式中，所述煤气化管内喷入的煤粉量占喷入所述分解炉内总煤粉量的15％～20％。
在本发明的一个实施方式中，所述煤气化管内喷入的水蒸汽和喷入的煤粉之比为1：25。
在本发明的一个实施方式中，喷入所述煤气化管中的水蒸汽来自于余热锅炉。
在本发明的一个实施方式中，所述分解炉内再燃区过量空气系数为0.8～0.9，主燃区过量空气系数为1.05。
在本发明的一个实施方式中，所述分解炉内主燃区助燃风量与煤气化热空气量和燃尽风量的比值为21:2:4。
本发明中水泥分解炉的高温三次风来自篦冷机，温度高达900～1100℃，煤在此高温范围内具有较高的气化效率；水蒸汽来自余热锅炉，温度为300～350℃，利用余热锅炉中水蒸汽，实现余热利用。在三次风管中抽取部分高温三次风，在余热锅炉中抽取部分水蒸汽，将再燃煤粉在分解炉外气化，得到高浓度碳氢化合物气体—煤气化气，将该气体喷入分解炉再燃区，实现高效脱硝。
本发明可以降低分解炉内喷氨区NO的初始浓度，减少NH3的用量，降低氨逃逸，避免引发大气二次污染。本发明属于基金项目：国家重点研发计划资助项目(2016YFB0601503)。
附图说明
图1是本发明一个实施例的脱硝系统结构示意图；
图2是图1中的A-A剖视图。
具体实施方式
如图1、2所示，本发明一个实施方式的脱硝系统一般性地包括分解炉1和高温三次风管9。
该分解炉1上连接有主燃区喷煤管13，和下生料的生料下料管12；进入分解炉1内的煤粉在高温三次风管9送入的高温空气(900～1100℃)中燃烧，释放热量使生料分解。
该高温三次风管9与分解炉1的主燃区连通以提供使煤粉燃烧的助燃高温空气(900～1100℃)，在高温三次风管9上连接有向上方延伸的分管3，分管3用于分流高温三次风管9中的高温空气，分管3的未连接端分别引出与分解炉1再燃区和燃尽区连通的煤气化管6和燃尽风管4，在分管3与高温三次风管9的连接处安装有第一高温调节阀10，在分管3的未连接端安装有第二高温调节阀7；在煤气化管6上分别连通有煤气化喷煤管5和水蒸汽喷入管8。来自高温三次风管9的高温空气(900-1100℃)与水蒸汽喷入管8喷入的水蒸汽在煤气化管6中混合后，将煤气化喷煤管5喷入的煤粉气化成煤气。燃尽风管4用于将高温空气送入分解炉1的燃尽区，使分解炉1中的煤粉完全燃烧。
本实施方式在工作时，主燃区煤粉由主燃区喷煤管13喷入分解炉1，高温三次风管9所送入的风量在第一调节阀10和第二调节阀7控制下，分为三股风，具体为：首先，通过第一调节阀10的调控，调节高温三次风管9送入主燃区的助燃风量，完成分解炉1内煤粉的燃烧，释放燃烧热；然后，生料由生料下料管12送入分解炉1，吸收分解炉1中的燃烧热后完成分解；最后，通过第二调节阀7的调控，调节煤气化所用空气量和燃尽风量，煤气化所用高温空气送入煤气化管6中，燃尽风由燃尽风管4送入分解炉1燃尽区，使分解炉1中的燃料完全燃烧。水蒸汽经水蒸汽喷入管8喷入煤气化管6中与高温空气混合，气化煤粉由煤气化喷煤管5喷入煤气化管6中，在高温下与气化剂混合，实现煤气化。
煤粉经高温气化后，产生煤气化气，煤气化气经煤气化管6送入分解炉1，煤气化气中含有高浓度的CO和CH4等还原性气体，CO和CH4具有较强的还原作用，在贫氧气氛中可有效实现分解炉1内NOx还原。本实施方式可以降低分解炉1内喷氨区NO的初始浓度，减少NH3的用量，降低氨逃逸，避免引发大气二次污染。本实施方式的设备简单，投资运行成本低，脱硝效率高。
在本发明的一个实施方式中，在煤气化管6上还连接有抽取回转窑烟气的烟气再循环管11，该烟气再循环管11的一端与煤气化管6相连另一端通过第三高温调节阀15与回转窑的烟气输送管相连。煤气再循环管11抽取的回转窑烟气送入煤气化管5中，用于携带气化煤粉在煤气化管5中运动，使煤气化气更方便进入分解炉1的再燃区。第三高温调节阀15具体安装在回转窑的烟气输送管14上，烟气再循环管11只需要抽取部分回转窑烟气输送至煤气化管6内，具体的抽入量可以由第三高温调节阀15调节。
进一步地，在本发明的一个实施方式中，该烟气再循环管11中抽取的回转窑烟气在煤气化管6中的停留时间为1.5s～2s。
在本发明的一个实施方式中，该煤气化管6与分解炉1连接的一端低于与分管3连接的一端。采用有一定斜度的结构，使煤气化管6中没有完全气化的煤粉更方便由抽取的回转窑烟气携带送入分解炉1中继续燃烧，以提高燃料利用率。
在本发明的一个实施方式中，还可以在分解炉1最上部设置喷氨管2，利用喷氨管2可以由分解炉1的还原区喷入适量氨，进一步还原氮氧化物，降低NOx排放。
在本发明的一个实施方式中，煤气化过程中所需水蒸汽来源于余热锅炉所产生的蒸汽(300℃～350℃)，具体的喷入量由气化煤量决定，其蒸汽煤比为0.04左右。所有煤、风的分配量和水蒸汽的补给量可根据实际分解炉1运行情况调节。
在本发明的一个实施方式中，将喷入分解炉1中的煤粉分为两股，一股占分解炉总喷煤量的80％～85％，用于主燃区燃烧；另一股占分解炉1总喷煤量的15％～20％，用于煤气化。同时，将高温三次风管9输入的高温空气分为三股，一股作为分解炉1的主燃区煤粉燃烧的助燃风，使主燃区过量空气系数达到1.05左右；另一股风为煤气化管6中的煤粉煤气化时所用高温空气，使分解炉1的再燃区过量空气系数达到0.8～0.9；最后一股风为剩余的三次风，使其作为分解炉1燃尽风。通过第一高温调节阀10和第二高温调节阀7可以实现以上三股风的风量调控。
至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (10)

1.水泥分解炉高温三次风煤气化再燃高效脱硝系统，其特征在于，包括，
分解炉，设置有主燃区喷煤管和水泥生料下料管；
高温三次风管，与所述分解炉的主燃区连通以提供助燃风，在所述高温三次风管上连接有向上方延伸的分管，所述分管的未连接端分别引出与所述分解炉再燃区和燃尽区连通的煤气化管和燃尽风管，在所述分管与所述高温三次风管的连接处安装有第一高温调节阀，在所述分管的未连接端安装有第二高温调节阀；所述煤气化管上分别连接有煤气化喷煤管和水蒸汽喷入管。
2.根据权利要求1所述的水泥分解炉高温三次风煤气化再燃高效脱硝系统，其特征在于，
所述煤气化管与所述分解炉连接的一端低于和所述分管连接的一端。
3.根据权利要求2所述的水泥分解炉高温三次风煤气化再燃高效脱硝系统，其特征在于，
所述煤气化管的水平倾角为30°～45°。
4.根据权利要求1所述的水泥分解炉高温三次风煤气化再燃高效脱硝系统，其特征在于，
在所述煤气化管上还连接有抽取回转窑烟气的烟气再循环管，所述烟气再循环管的一端与煤气化管相连另一端通过第三高温调节阀与回转窑的烟气输送管相连。
5.根据权利要求4所述的水泥分解炉高温三次风煤气化再燃高效脱硝系统，其特征在于，
所述烟气再循环管中抽取的回转窑烟气在所述煤气化管中的停留时间为1.5s～2s。
6.根据权利要求1所述的水泥分解炉高温三次风煤气化再燃高效脱硝系统，其特征在于，
所述煤气化管内喷入的煤粉量占喷入所述分解炉内总煤粉量的15％～20％。
7.根据权利要求1所述的水泥分解炉高温三次风煤气化再燃高效脱硝系统，其特征在于，
所述煤气化管内喷入的水蒸汽和喷入的煤粉之比为1：25。
8.根据权利要求1所述的水泥分解炉高温三次风煤气化再燃高效脱硝系统，其特征在于，
喷入所述煤气化管中的水蒸汽来自于余热锅炉。
9.根据权利要求1所述的水泥分解炉高温三次风煤气化再燃高效脱硝系统，其特征在于，
所述分解炉内再燃区过量空气系数为0.8～0.9，主燃区过量空气系数为1.05。
10.根据权利要求1所述的水泥分解炉高温三次风煤气化再燃高效脱硝系统，其特征在于，
所述分解炉内主燃区助燃风量与煤气化热空气量和燃尽风量的比值为21:2:4。
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