CN107923708B - 用于减少回转炉的NOx排放的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

在用于减少熟料制造设备的回转炉的NOx排放的方法中，由回转炉的燃烧器引入的燃料与由燃烧器引入的初级空气进行燃烧，其中，初级空气具有相对于周围环境空气较低的氧含量和相对于周围环境空气提高的温度，并且初级空气通过周围环境空气与来自回转炉的或来自联接到回转炉处的用于预热生料的热交换器的排出气体的混合而获得。初级空气另外通过与热空气、尤其熟料冷却器的排出空气的混合而获得。

Description

用于减少回转炉的NOx排放的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种用于减少（Reduzieren）熟料制造设备（Klinkerherstellungsanlage）的回转炉（Drehrohrofens）的NOx排放的方法，在其中由回转炉的燃烧器引入的燃料与由燃烧器引入的初级空气（Primärluft，有时称为一次空气）进行燃烧，并且初级空气具有相对于周围环境空气较低的氧含量和相对于周围环境空气提高的温度，其中，初级空气通过周围环境空气与来自回转炉的或来自联接到回转炉处的用于预热生料（Rohmehl）的热交换器的排出气体（Abgas，有时称为废气体）的混合而获得。
本发明还涉及一种用于执行这样的方法的装置。
背景技术
开头提及的类型的方法在DE 3530683 A1中得到描述。
水泥熟料的制造主要在带有前置的旋风预热器（Zyklonvorwärmer）和后置的熟料冷却器的回转炉中进行。
生料在热交换器中加热并且预煅烧，并在炉中在炉入口处的约900℃和烧结区中的约1450℃之间的温度的情况下转化为熟料。对于形成熟料矿物所需的燃烧气体的温度为直到2200℃。在此，由方法决定地产生氮氧化物，所述氮氧化物可以通过初级或二级措施来降低。初级措施旨在减少氮氧化物的产生。二级措施旨在通过催化和非催化的方法去除所产生的氮氧化物。
出于减少环境负载的原因，各种法律规定规定了用于氮氧化物的排放限值。目前，所规定的排放限值在200和800mg NOx/Nm3之间变动。
属于用于NOx减少的二级措施的是排出气体的选择性催化还原（Reduktion）（SCR）和选择性非催化还原（SNCR）。化学反应是选择性的，从而优选地还原氮氧化物（NO、NO2），而不希望的副反应如二氧化硫氧化成三氧化硫被大大地抑制。对于该反应而言，需要混入排出气体的氨成分（例如氨（NH3）、尿素（CH4N2O）或其它）。反应产物是水（H2O）和氮（N2）。然而，二级措施与运行成本的提高相关联，并且可以导致排出气体含有氨。
在DE3530683A1中提出的用于初级NOx减少的方法基于引入给燃烧器的初级气体（Primärgases，有时称为一次气体）的氧含量的减少。由此降低了NOx热形成（thermischeNOx-Bildung）。此外，为了补偿较低的氧含量，以提高的温度引入初级气体。在这里使用来自回转炉的或来自热交换器的排出气体作为初级气体，所述排出气体必要时与周围环境空气混合。
在此方法中，困难表现为调整初级气体的氧含量和最佳温度水平。温度和氧含量对于燃烧工艺（Verbrennungsprozess，有时称为燃烧过程）并且因此对于所获得的熟料的品质来说非常重要，其中，尤其也必须确保尽可能保持不变的情况（Verhältnisse）。在初级气体的温度过高时，NOx减少的效果不再以足够的程度存在。过小的温度又导致在再循环的（rückgeführten）排出气体中所包含的硫的酸冷凝（Säurekondensation），这导致腐蚀问题。关于氧含量，需要如此进行优化，使得必须在于其中燃烧工艺没有效率的过小含量和于其中NOx减少的程度（Ausmaß）过小的过高含量之间找到折衷。
附加地，也必须遵循初级气体的总体积流的预设值，以便优化燃烧工艺。
因此希望的是，在排出气体再循环的范围中为了NOx减少的目的而预设的温度值、氧含量值和体积流值被尽可能准确和恒定地得到调节和遵循。这利用根据DE3530683A1的方法不能够令人满意地实现，因为初级空气的氧含量和温度不能彼此独立地调整。在初级气体中的再循环的排出气体的份额的提高例如取决于混合比地虽然引起以期望的程度的氧含量的减少，但是同时也引起温度以不能够自由选择的值进行改变。另外，在周围环境空气和排出气体的温度方面的自然波动导致初级气体的温度的不可控的变化。
发明内容
因此，本发明旨在如此地改进排出气体再循环的方法，使得初级气体的温度和氧含量和必要时体积流可以尽可能彼此独立地调整，以便在同时优化燃烧情况时实现充分的NOx减少。
为了解决这个任务，本发明在开头提及的类型的方法中基本上规定，初级空气另外通过与热空气、尤其熟料冷却器的排出空气（Abluft，有时称为废空气）的混合而获得。通过现在除了周围环境空气和排出气体之外在需要时混合第三空气流、即热空气，可以通过选择合适的混合比来最大程度地彼此独立地调整初级气体的温度和氧含量。通过现在第三控制参数可供使用，使得即使在波动的周围环境条件下在比在现有技术中宽的范围内也使所希望的初级气体性质的调整容易。
在这里，如下空气被理解为热空气，所述空气具有相对于周围环境空气较高的温度，其中，优选使用熟料冷却器的排出空气。热空气优选具有处在排出气体温度和周围环境空气温度之间或之上的温度。
一个优选的方法运用方案（Verfahrensführung）规定，周围环境空气、排出气体和热空气的混合比被如下地调节，使得将所述初级气体以50-250℃、尤其100-150℃的温度以及8-18体积％、尤其13-16体积％的氧含量引入给所述燃烧器。周围环境空气、排出气体和热空气的体积流因此被如下地选择和彼此相协调，使得获得所希望的初级气体性质。为了这个目的，初级气体的温度和氧值尽可能直接在进入到燃烧器中之前由传感器连续地或在有规律的时间间隔中测量并且引入给调节部，在该调节部中计算用于体积流的合适的值并且生成用于在引入线路中的相应的调控单元（Stellorgane）的调控指令。调节部在这里考虑可供使用的周围环境空气、排出气体和热空气的温度和氧含量。另一方面，考虑在各个体积流的混合的点和初级气体在燃烧器之前的进入部处的测量值采集（Messwertaufnahme）的点之间的调节段的特点、如例如通过在这里布置的主鼓风机所进行的压力提高和由此温度提高。
已经发现，遵循用于初级气体的温度和氧含量的上面提到的值表现为在一方面NOx值的充分减少和另一方面确保在回转炉中的有效率的燃烧工艺、炉运行的经济性和遵循良好的孰料品质的彼此相反的需求之间的理想的折衷。
作为另外的调节参量，可以有利地考虑初级气体的总体积流。所述方法就此而论优选被如下地执行，使得周围环境空气、排出气体和热空气的混合得到调节以获得初级气体的匹配所述工艺的体积流。
关于初级气体的各个子流的温度，以下值是优选的。热空气可以以80-150℃的温度来使用，其中，这样的温度水平可以以简单的方式通过使用来自熟料冷却器的排出空气来获得。待再循环的排出气体优选以100-200℃的温度来使用。
优选另外规定，使用具有6-10体积％的氧含量的排出气体。
在本发明的范围内，通过回转炉的燃烧器导入给燃烧空间的所有输送流的总和被视为初级空气。燃烧器在这里尤其涉及用于回转炉的主燃烧（Hauptfeuerung）的燃烧器。这样的燃烧器通常具有多个用于初级气体的通道、尤其是用于初级气体的旋转分量（Drallkomponente）的引入的至少一个通道和用于初级气体的轴向分量的引入的至少一个通道。另外，属于初级空气的是用于燃料输入的输送空气量。在燃烧器外部、例如在燃烧器侧面引入给燃烧空间的空气被称为二级空气（Sekundärluft，有时称为二次空气）。
燃烧空气量的大部分在这里通过二级空气来引入。优选在本发明的范围中规定，将燃烧空气的5-20体积％作为初级气体以及80-95体积％作为二级空气引入给回转炉。
根据另一个方面，本发明涉及用于执行上述方法的装置，包括具有燃烧器的回转炉、在排出气体侧联接到所述回转炉处的具有或不具有煅烧炉（Kalzinator）的热交换器以及熟料冷却器，其中，用于燃烧器的初级气体引入部设置有主鼓风机，其中，在所述主鼓风机的上游布置有混合机构，所述混合机构具有周围环境空气引入部、由所述热交换器的排出气体供应的排出气体引入部和由所述熟料冷却器的排出空气供应的热空气引入部。
优选地规定，周围环境空气引入部、排出气体引入部和热空气引入部分别装备有用于调节体积流的调节单元，其中，所述调节单元与控制机构连接，布置在所述主鼓风机的下游的温度传感器和氧含量传感器的测量值引入给所述控制机构，其中，所述控制机构被设立成用于调整所述调节单元，从而遵循引入给所述燃烧器的初级气体的优选50-250℃、尤其100-150℃的预设温度以及优选8-18体积％、尤其13-16体积％的预设氧含量。
另外优选规定，所述控制机构为了调整所述调节单元而如下地设立，使得遵循引入给所述燃烧器的初级气体的预设的体积流。
附图说明
在下文借助于在附图中示意展示的实施例更加详细地阐释本发明。
在图1中示出用于导出来自用于生料的预热器的热交换器的排出气体的烟囱1。
具体实施方式
从烟囱1通过线路2使得排出气体得到分支（abgezweigt），其中，经分支的体积流通过调节单元3能够调整。用于吸出（Abziehen）排出气体的鼓风机利用4指代。排出气体优选导引通过冷凝器5，在所述冷凝器中从排出气体中除去水，所述水然后能够再循环。排出气体的氧含量、温度和必要时压力借助于传感器6测量，其中，用于调整体积流的另外的调节单元利用7指代。排出气体然后被引入给混合腔8。另外将来自烟囱9的排出空气引入给混合腔8，所述排出空气涉及来自熟料冷却器的排出空气。排出空气引导通过线路10和鼓风机12。用于测量排出空气的温度和必要时压力的传感器借助于传感器11测定。排出空气的体积流可以利用调节单元13调整。
另外，周围环境空气14通过线路15引入给混合腔8。
来自周围环境空气、排出气体和排出空气的混合通过鼓风机17和线路18引入给回转炉的燃烧器19作为初级气体。初级气体的一部分能够通过线路21和鼓风机22也作为运输气体引入给用于燃料的相应的配量单元。为了调整初级气体的体积流，设置有调节单元16。在测量点20处，初级气体的温度、氧含量、压力和体积流被测量并且在未示出的控制装置中与理论值进行比较。在与理论值偏差的情况下，控制装置与调节单元3、7、13和用于调整周围环境空气量的未示出的调节单元共同作用，以引起修正。

Claims (21)

1.用于减少熟料制造设备的回转炉的NOx排放的方法，在其中由所述回转炉的燃烧器引入的燃料与由所述燃烧器引入的初级气体进行燃烧，并且所述初级气体具有相对于周围环境空气较低的氧含量和相对于所述周围环境空气提高的温度，其中，所述初级气体通过周围环境空气与来自所述回转炉的或来自联接到所述回转炉处的用于预热生料的热交换器的排出气体的混合而获得，其特征在于，所述初级气体另外通过与热空气的混合而获得。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，周围环境空气、排出气体和热空气的混合比被如下地调节，使得将所述初级气体以50-250℃的温度以及8-18体积％的氧含量引入给所述燃烧器。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，周围环境空气、排出气体和热空气的混合进行调节以获得所述初级气体的匹配于工艺的体积流。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，使用具有80-150℃的温度的热空气。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，使用具有100-200°C的温度的排出气体。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，使用具有6-10体积％的氧含量的排出气体。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，给所述回转炉引入5-20体积％的初级气体和80-95体积％的二级气体。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，使用所述初级气体的一部分作为用于燃料的运输气体。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述热空气是熟料冷却器的排出空气。
10.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述温度是100-150℃。
11.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述氧含量是13-16体积％。
12.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述温度是90-100℃。
13.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述温度是145-185°C。
14.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述氧含量是6-8体积％。
15.用于执行根据权利要求1至14中任一项所述的方法的装置，包括具有燃烧器的回转炉、在排出气体侧联接到所述回转炉处的热交换器和熟料冷却器，其中，用于所述燃烧器的初级气体引入部设置有主鼓风机，其中，在所述主鼓风机的上游布置有混合机构，所述混合机构具有周围环境空气引入部、由所述热交换器的排出气体供应的排出气体引入部和由所述熟料冷却器的排出空气供应的热空气引入部。
16.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，所述周围环境空气引入部、所述排出气体引入部和所述热空气引入部分别装备有用于调节体积流的调节单元，其中，所述调节单元与控制机构连接，布置在所述主鼓风机的下游的温度传感器和氧含量传感器的测量值引入给所述控制机构，其中，所述控制机构被设立成用于调整所述调节单元，从而遵循引入给所述燃烧器的初级气体的预设温度以及预设氧含量。
17.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，所述控制机构被设立成用于调整所述调节单元，从而遵循引入给所述燃烧器的初级气体的预设的体积流。
18.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，所述预设温度是50-250℃。
19.根据权利要求18所述的装置，其特征在于，所述预设温度是100-150℃。
20.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，所述预设氧含量是8-18体积％。
21.根据权利要求20所述的装置，其特征在于，所述预设氧含量是13-16体积％。
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