CN107428610B - 在生产水泥熟料的装置中、于混合室的多阶段系统中用于使旁通气体脱氮的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及在生产水泥熟料的装置中使旁通废气(9)脱氮的方法和相应装置，其中所述装置具有烧结生料(3)的回转窑(2)和生料脱酸(3)的煅烧炉(7)，所述回转窑(2)具有回转窑入口室(5)，其直接或通过窑炉升井通道(6)连接至煅烧炉(7)，和所述旁通废气(9)在回转窑入口室(5)区域中抽出。根据本发明，将旁通废气(9)引导入第一混合室(10)，其中旁通废气冷却至800℃至950℃的温度，然后将旁通废气(9)经过安排在管线(13)中的反应区段(15)，其中在反应区段(15)中的停留时间是0.5s至3s，并且根据选择性非催化还原(SNCR)方法注射氨、氨水溶液或氨‑释放物质(14)用于脱氮，然后将旁通废气(9)引导入第二混合室(16)，其中将旁通废气冷却至150℃至250℃的温度，然后将旁通废气(9)引导入至少一个滤器(17)以除尘。

Description

在生产水泥熟料的装置中、于混合室的多阶段系统中用于使 旁通气体脱氮的方法和装置

本发明涉及在生产水泥熟料的装置中使旁通废气脱氮的方法，其中该装置具有用于将生料烧结为水泥熟料的回转窑和具有沿窑废气流向的回转窑下游的用于生料脱酸的煅烧炉，回转窑具有回转窑入口室，其直接或经由窑炉升井通道连接至煅烧炉，和旁通废气在回转窑入口室区域中被抽出。本发明还涉及在水泥熟料制备中用于使旁通废气脱氮的相应装置，包括将生料烧结为水泥熟料的回转窑，所述回转窑具有回转窑入口室；用于生料脱酸的煅烧炉，所述回转窑入口室直接或经由窑炉升井通道连接至煅烧炉；和用于从回转窑入口室区域将旁通废气抽出的抽吸装置。

在水泥生产的整个过程中使用装置，在所述装置中含硅酸盐的和含碳酸盐的生料在回转窑中烧结为水泥熟料。回转窑中的烧结在多至约1450℃的温度进行，产生作为热废气的烟道气，沿物质流相反的方向通过回转窑的入口室离开回转窑。在正常情况下，窑废气然后流入生料脱酸的煅烧区域。煅烧区域最通常在窑炉升井通道中或在煅烧炉中形成，或者在窑炉升井通道中和煅烧炉下游(沿气体流向)形成。烟道气然后进一步流入换热器中，其设计为例如多阶段旋流器换热器，用来预热生料。影响水泥熟料生产过程的一个问题是一系列有害物质的形成和/或释放。尤其是，由于喷燃器火焰的高温(约1800℃至2000℃)，在回转窑中通过燃烧大气所含的氮形成氮氧化物(NO_x)。所需的燃料，特别是使用二次燃料比如得自废料的替换燃料，也是氮氧化物的又一来源。鉴于氮氧化物对人和环境有害-例如导致酸雨和分解平流层臭氧-对于向大气环境中排放氮氧化物存在严格限制。因此，在水泥生产过程中必须采用使烟道气脱氮的方法。

又一问题是用于水泥熟料生产的原料以及所用的燃料特别是二次燃料含有次要组分(碱金属化合物，氯，硫化合物，重金属等)，这不仅可以损害燃烧过程和/或水泥熟料的品质，而且还可以形成水泥熟料生产装置内的有害物质循环。例如，在回转窑中存在碱金属硫酸盐和碱金属氯化物例如氯化钾(KCl)的蒸发。这些化合物随着窑废气通过窑入口室进入煅烧区域和换热器，并且它们在冷却器区域中冷凝在生料颗粒上，并且随着物质流返回回转窑，其中它们再一次蒸发。除了所述物质循环在水泥熟料和燃烧过程中的缺点之外，这些化合物的快速冷却和冷凝还通过固化导致在循环的冷却器部分的壁上板结，其可以导致装置随时间被阻塞。

出于在水泥熟料生产装置中抑制这种物质循环、以及出于降低循环形成物质的水平的意图，专利说明书DE 197 18 259 B4公开了在回转窑入口室区域中作为旁通气体抽出烟道气的一部分，其作为窑废气流自回转窑。表述"在回转窑入口室区域中"在此处和下文中一致地指从回转窑入口室除去或从任何窑炉升井通道的下端(可以存在的)除去。然而，甚至旁通废气也含有较高水平的氮氧化物，因此旁通废气也必须进行烟道气脱氮。

用于烟道气脱氮的一种广泛方法牵涉在反应空间中向载有NO_x的烟道气添加氨水溶液、氨(NH₃)或氨-释放化合物(参见例如包含于EP 0 854 339 A1的建议)。然后按照选择性非催化还原(SNCR)方法进行脱氮，其中氨通过与氮氧化物热解转化为氮和水。这些反应优选在800℃至大于950℃的温度窗口进行。另外，为了有效的反应，有必要在反应空间内实现精确调整的时间长度，和至少最小时间。然而在希望的旁通废气脱氮的情况下，按照SNCR方法脱氮被证明是有问题的，原因是抽出的旁通废气的温度过高，此外对反应空间中停留时间的顺从对操作方案强加了严格要求。虽然在窑内的废气温度在进入回转窑入口室和可以存在的任何窑炉升井通道的下部时从多至约1250℃降低，但是此时仍然占优势的约1150℃的气体温度仍然过高以致加入的还原剂会发生燃烧。

一种已知程序(DE 197 18 259 B4，DE 199 10 927 A1)是在混合室中进行热旁通废气流的快速冷却，优选冷却至仅数百℃，其中注射冷却介质比如水或空气并且尽可能广泛地与气体流混合。这确实具有的优势是，从有害物质循环抽出的蒸发物质在粒状固体表面冷凝和能够然后与这些固体一起通过滤尘器除去。然而为了有效脱氮，该操作不是适宜的。

德国专利申请10 2013 016 701.9公开在生产水泥熟料的装置中用于使旁通废气脱氮的方法：例如，在混合室中最初将旁通废气冷却至260℃至400℃的温度。此后向冷却的旁通废气添加含有氨、含有脲和/或含有铵的物质。这样的结果是，在含氨、脲和/或铵的物质存在下，氮氧化物在催化剂(在陶瓷滤器构造中和/或紧邻陶瓷滤器构造之后)上被选择性化学还原。因此在方法方面，在该情况下脱氮是基于选择性催化还原(SCR)过程。然而，催化剂和/或催化滤器所需的基建投资和操作成本在SCR情况下相对高。特别是在旁通废气的体积流相对低的情况下，该过程可以证明在经济上不是很有利的，这从而显示了备择程序的有利性质。

因此，本发明的目的是指出在生产水泥熟料的装置中用于使旁通废气脱氮的有效方法，其不牵涉使用SCR催化剂。本发明目的的又一部分相应所述方法提出用于使旁通废气脱氮的装置。

本发明目的如下实现：将旁通废气引入第一混合室，将旁通废气在第一混合室中冷却至800℃至950℃的温度，将旁通废气从第一混合室引导通过导管中配备的反应区段，旁通废气在反应区段中的停留时间是0.5s至3s，和将氨、氨水溶液或氨-释放物质注入反应区段，用于旁通废气按照选择性非催化还原(SNCR)方法脱氮，将旁通废气从反应区段引入第二混合室，将旁通废气在第二混合室中冷却至150℃至250℃的温度，和将旁通废气从第二混合室引至至少一个滤器用于旁通废气除尘。本发明方法的进一步有利的实施方式是：

旁通废气(9)在反应区段(15)中的停留时间是1s至2s；

作为冷却介质

-向第一混合室(10)引入选自新鲜空气(11)、水(12)和冷生料(12a)的一种、两种或三种冷却介质，和

-向第二混合室(16)引入水(12)和/或新鲜空气(11)；

将旁通废气(9)在第二混合室(16)中冷却至180℃至220℃的温度；或者

向反应区段(15)加入至少一种吸收剂，用于从旁通废气(9)除去有害物质的额外纯化。

本发明目的进一步通过相应于该方法的装置实现，其在水泥熟料的制备中用于使旁通废气脱氮，具有

-用于将生料(3)烧结为水泥熟料的回转窑(2)，其中回转窑(2)具有回转窑入口室(5),

-用于生料(3)脱酸的煅烧炉(7)，其中回转窑入口室(5)直接或经由窑炉升井通道(6)连接至煅烧炉(7)，和

-用于将旁通废气(9)从回转窑入口室(5)区域抽出的抽吸装置,

其特征在于，

-设置有第一混合室(10)，用于将从回转窑入口室(5)区域抽出的旁通废气(9)冷却至800℃至950℃的温度,

-沿气体流向的第一混合室(10)下游设置有在导管(13)中配备的反应区段(15)，其中

-导管(13)具有的尺度使得旁通废气(9)在反应区段(15)中的停留时间是0.5s至3s，和其中

-在导管(13)区域中设置有至少一个装置，用于将氨、氨水溶液或氨-释放物质(14)注入反应区段(15)从而按照选择性非催化还原(SNCR)方法使旁通废气(9)脱氮,

-在反应区段(15)下游配备有第二混合室(16)，用于将旁通废气(9)冷却至150℃至250℃的温度，和在于

-在第二混合室(16)下游配备有至少一个滤器(17)，用于旁通废气(9)除尘。

本发明装置的进一步有利的实施方式是：

导管(13)具有的尺度使得旁通废气(9)在反应区段(15)中的停留时间是1s至2s；

沿气体流向至少一个滤器(17)的下游配备有通风设备(18)；或者

在导管(13)区域中设置有至少一个装置，用于将至少一种吸收剂加入反应区段(15)用于从旁通废气(9)除去有害物质的额外纯化。

因此，在转移旁通废气流之后，本发明提供多阶段旁通系统，其中热旁通废气首先在第一混合室中冷却至800℃至950℃的温度。在载有NO_x的旁通废气中由此建立的温度窗口是有利于SNCR的温度。然后，与旁通废气温度通常一步降低至200℃至400℃的温度的上述常规方法相比，此处的温度并非在一个步骤中降低。如此会排除SNCR途径。通过适当的混合室内部构造、特别是气体流的路径长度，和通过适当计量的所注射的冷却介质，技术人员替代地实现了达到800℃至950℃的希望冷却。在后续方法步骤中继续的是脱氮本身，亦即将氨、氨水溶液或氨-释放物质注入反应器腔(主要作为导管施行)内配备的反应区段。此处脱氮基于SNCR方法，从而与SCR方法相比并不使得任何高成本和操作困难的催化剂成为必要。有效脱氮需要的其它参数，亦即旁通废气在反应区段中的停留时间(0.5至3秒)，通过导管尺度建立，从而更特别地通过其长度及其截面积建立。相应地，一方面广泛脱氮不需过大的构造体积，和另一方面避免不适当的旁通废气流速。根据本发明的操作方案然后提供在第二混合室中冷却经脱氮的旁通废气。150℃至250℃的目标最终温度在此通过快速冷却实现，并且如此其它有害物质(如用快速冷却(猝灭)常规方法的情况)在粉尘上冷凝并在下游滤器处与粒状固体一起分离。适宜滤器的实例是织物滤器/衣料滤器/袋式滤器。

一种优选实施方式设计，旁通废气在反应区段中的停留时间为1至2秒之间。旁通废气的该类通过时间经证明理想地适于实现在800℃至950℃的温度水平通过选择性非催化还原(SNCR)有效的、广泛的旁通废气脱氮，所述温度水平通过在前述方法步骤中在第一混合室中冷却而建立，而不用必须将反应区段构造为用于甚至更长的旁通废气停留时间。由于反应区段设计为导管中或导管状室内的区域，停留时间可以取决于尺度，即基于有关的特定装置的典型值的导管尺度。为了细调或补偿用于生产水泥熟料的装置运行中的旁通废气流速波动而另外可能的是，调整旁通废气的体积流的抽取或随反应区段改变导管中的流速，例如改变截面积。

本发明实施方式设计的是，旁通废气在第二混合室中冷却至优选180℃至220℃的温度。此处主要考虑的是旁通废气的快速冷却。在该温度窗口中，二噁英(氯化的和多氯化的二苯并二氧杂环己二烯)和呋喃类(氯化的和多氯化的二苯并呋喃)的形成基本上得到防止。另外，该最终温度的快速获得是实现有害物质在粉尘上冷凝的最有效的方式，其然后在下游滤器中沉积。

按照本发明，用于纯化已抽出的旁通废气的系统由多阶段系统组成，其包括两个混合室；在需要时还可以提供其它混合室。在常规混合室的情况下，将冷却介质、一般是空气或水注入混合室并与旁通废气混合：适当地将气体流引入混合室，并在此过程中快速冷却旁通废气。相应地，作为本发明的优选实施方式规定的是，注入第二混合室的冷却介质包含水或新鲜空气，或水和新鲜空气的组合。根据一种实施方式，也将水或新鲜空气或者水和新鲜空气的组合注入第一混合室，其还可以称为预先混合室。将水注入混合室在此用喷雾雾化有利地进行，例如用双流体喷嘴。原则上，注射新鲜空气(例如大气环境空气)和/或水可以在混合室壁上分布的各点发生，目的是最大的混合和均匀的冷却。本发明的具体实施方式将新鲜空气、水和冷生料或任何希望的组合(换言之其1、2或3组分)作为冷却介质引入第一混合室。注射冷生料具有的额外优势是降低旁通废气的二氧化硫含量；具有其颗粒表面积的生料还可以在随后的方法过程中用作纯化的有害物质吸收剂。另外在第一混合室中，热生料如果仍未脱酸则还能够用作冷却介质和/或上述冷却介质组合中的组分。

为了保持旁通系统内连续、均匀的气体流，可以使用抽吸鼓风机或排风扇。在本发明的一种实施方式中规定的是，沿气体流向在至少一个滤器下游配备通风设备。该通风设备还可以是电机驱动的压缩机。在正常情况中，经纯化的旁通废气随后经由烟囱排入环境中，尽管也可以酌情在适宜点返回水泥生产的总过程中。

在本发明进一步实施方式中，向反应区段添加至少一种吸收剂，用于除去有害物质的旁通废气额外纯化，为此意图在构成反应区段的导管区域中配备至少一个添加至少一种所述吸收剂的装置。此处原则上预期的是，全部化学化合物或吸收剂，在旁通废气通过反应区段的时间内和在其中的优势温度下，都适于确保有害物质水平的降低。在该情况下，特定反应所需的温度可能在第一混合室中以定义的方式建立。此处，例如钙化合物比如碳酸钙可以有助于脱硫化，以及其它酸性组分在烟道气类旁通废气中的降低。活性炭提供大表面积，用于吸附有害物质比如重金属如汞。然后在滤器单元中进行去除。

本发明在此指向SNCR脱氮的实施，但并不仅限于该重要情况。旁通系统的构建原则上使之成为可能的是：通过在第一混合室中冷却热废气流而建立温度窗口，并且随后建立气体流在反应区段中停留的时间窗口。温度间隔和时间间隔在此还可以这样实现，使得在将适宜的化合物和/或吸收剂注入反应区段的情况下，用于除去有害物质的废气纯化的其它反应和/或方法是有利的。技术人员在此能够将该原则转用至作为从废气流除去的主要目标的特定类别有害物质，例如按照限制值。

另外，本发明并不限于具有煅烧炉的装置，原因是旁通气体是在回转窑本身的入口室区域中抽出。在所提出的旁通混合室系统中纯化旁通废气的本发明方法能够普遍地用于窑废气纯化。

本发明参照下文的图举例说明。其显示：

图1显示本发明方法的示意性代表，其在生产水泥熟料的装置中用于使旁通废气脱氮。

在图1中图示可见的是，烟道气1从回转窑2流入回转窑入口室5，其中生料3被烧结形成水泥熟料，其然后在熟料冷却器4中冷却。在描述的实施例中，在气流方向接下来是窑炉升井通道6和用于生料3脱酸的煅烧炉7。烟道气1(窑废气)的一部分经过窑炉升井通道6和煅烧炉7流入换热器8(此处是多阶段旋流器换热器)，其用于预热生料3以生产水泥。

按照本发明，从回转窑2出现的烟道气流1的一部分作为旁通废气9从回转窑入口室5区域中抽出、即从回转窑入口室5或从窑炉升井通道6抽出。将旁通废气9，其从回转窑2出现时最初具有一般约1200℃至1300℃的温度并且在抽吸位置具有约1000℃至1200℃的温度，引导至第一混合室10。加入第一混合室10的冷却介质可以是新鲜空气11、水12或冷生料12a，或者热生料，以及它们的任何希望的混合物。在描述的实施例中，将大气新鲜空气11、水12和冷生料12a(即并未在换热器中加热的生料)一起注射对降低旁通废气中的二氧化硫量是特别有利的。在第一混合室10中，通过将旁通废气9与冷却介质广泛混合，将旁通废气9冷却至800℃至950℃的温度。

在从第一混合室10出现之后，即在第一冷却阶段之后，旁通废气9到达导管13。注入导管13的是氨、氨水溶液或氨-释放物质14。旁通废气的流速和导管13的尺度彼此匹配，其使得旁通废气9在导管13中的停留时间是0.5s至3s、优选1s至2s。因此建立起旁通废气9的温度条件和停留时间，其使得旁通废气在导管内部形成的反应区段15上通过选择性非催化还原(SNCR)方法有效脱氮。氨14在此通过热解转化为氮和水。旁通废气9不加冷却或在第一混合室10冷却之前的温度会对于SNCR过高，原因是还原剂在这么高的温度会发生燃烧。在反应区段15区域中可能额外添加吸收剂，其确保进一步的除去有害物质的旁通废气9纯化。

在反应区段15中通过SNCR完成脱氮之后，将旁通废气9引入第二混合室16。在第二混合室16中，将其快速冷却至150℃至250℃、优选180℃至220℃的希望最终温度。该第二冷却阶段通过将水12和/或新鲜空气11注入第二混合室16来实现。快速冷却至这种温度使得二噁英和呋喃类的形成最小化，并且使得有害物质冷凝在粉尘上。如此调理的旁通废气9随后在至少一个滤器17中除尘。此处适合的是织物滤器/衣料滤器/袋式滤器，并且还可以有利的是使用静电滤器以及串联的不同类型滤器的组合。在实施例中，纯化的旁通废气9随后经过通风设备18，并且通过烟囱19抽出和释放入环境。在整个旁通系统中、比如特别是在混合室中，有效的混合和相应均匀的温度场以及适宜的旁通废气流速对有效的方法步骤是重要的。取决于布置和有关的路径长度，可以有利的是在特定装置中于气体途径中提供确保有效混合的内部装置，以及在旁通部分提供额外通风设备，其通过连续或不连续的操作将空气引入旁通废气流。

通过本发明相对常规程序改变的构造并且通过改变的操作方案提供的是，有效的并且在获得和操作方面也是有利的旁通废气脱氮，其不需要使用SCR催化剂。

附图数字列表

1 烟道气 12 水

2 回转窑 12a 冷生料

3 生料 13 导管

4 熟料冷却器 14 氨、氨水溶液、氨-释放物质

5 回转窑入口室 15 反应区段

6 窑炉升井通道 16 第二混合室

7 煅烧炉 17 滤器

8 换热器 18 通风设备

9 旁通废气 19 烟囱

10 第一混合室

11 新鲜空气

Claims (11)

1.在生产水泥熟料的装置中使旁通废气(9)脱氮的方法,

其中

-所述装置具有将生料(3)烧结为水泥熟料的回转窑(2)，和沿窑废气流向位于回转窑(2)下游的使生料(3)脱酸的煅烧炉(7)，

-回转窑(2)具有回转窑入口室(5)，其直接或经由窑炉升井通道(6)连接至煅烧炉(7)，和

-旁通废气(9)在回转窑入口室(5)区域抽出,

其特征在于

-将旁通废气(9)引导入第一混合室(10)，其中

-将旁通废气(9)在第一混合室(10)中冷却至800℃至950℃的温度,

-将旁通废气(9)从第一混合室(10)引导通过导管(13)中配备的反应区段(15)，其中

-旁通废气(9)在反应区段(15)中的停留时间是0.5s至3s，和其中

-将氨或氨-释放物质(14)注入反应区段(15)，用于按照选择性非催化还原(SNCR)方法使旁通废气(9)脱氮,

-将旁通废气(9)从反应区段(15)引导入第二混合室(16)，其中

-将旁通废气(9)在第二混合室(16)中冷却至150℃至250℃的温度，和在于

-将旁通废气(9)从第二混合室(16)引导入至少一个用于旁通废气(9)除尘的滤器(17)。

2.根据权利要求1的方法,

其中

氨-释放物质是氨水溶液。

3.根据权利要求1或2的方法,

其中

旁通废气(9)在反应区段(15)中的停留时间是1s至2s。

4.根据权利要求1或2的方法,

其中作为冷却介质

-向第一混合室(10)引入选自新鲜空气(11)、水(12)和冷生料(12a)的一种、两种或三种冷却介质，和

-向第二混合室(16)引入水(12)和/或新鲜空气(11)。

5.根据权利要求1或2的方法,

其中

将旁通废气(9)在第二混合室(16)中冷却至180℃至220℃的温度。

6.根据权利要求1或2的方法,

其中

向反应区段(15)加入至少一种吸收剂，用于从旁通废气(9)除去有害物质的额外纯化。

7.在水泥熟料的制备中用于旁通废气(9)脱氮的装置,

具有

-用于将生料(3)烧结为水泥熟料的回转窑(2)，其中回转窑(2)具有回转窑入口室(5),

-用于生料(3)脱酸的煅烧炉(7)，其中回转窑入口室(5)直接或经由窑炉升井通道(6)连接至煅烧炉(7)，和

-用于将旁通废气(9)从回转窑入口室(5)区域抽出的抽吸装置,

其特征在于，

-设置有第一混合室(10)，用于将从回转窑入口室(5)区域抽出的旁通废气(9)冷却至800℃至950℃的温度,

-沿气体流向的第一混合室(10)下游设置有在导管(13)中配备的反应区段(15)，其中

-导管(13)具有的尺度使得旁通废气(9)在反应区段(15)中的停留时间是0.5s至3s，和其中

-在导管(13)区域中设置有至少一个装置，用于将氨或氨-释放物质(14)注入反应区段(15)从而按照选择性非催化还原(SNCR)方法使旁通废气(9)脱氮,

-在反应区段(15)下游配备有第二混合室(16)，用于将旁通废气(9)冷却至150℃至250℃的温度，和在于

-在第二混合室(16)下游配备有至少一个滤器(17)，用于旁通废气(9)除尘。

8.根据权利要求7的装置,

其中

氨-释放物质是氨水溶液。

9.根据权利要求7或8的装置，其特征在于，导管(13)具有的尺度使得旁通废气(9)在反应区段(15)中的停留时间是1s至2s。

10.根据权利要求7或8的装置,

其特征在于，

沿气体流向至少一个滤器(17)的下游配备有通风设备(18)。

11.根据权利要求7或8的装置,

其特征在于，

在导管(13)区域中设置有至少一个装置，用于将至少一种吸收剂加入反应区段(15)用于从旁通废气(9)除去有害物质的额外纯化。

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