CN107976080A - 一种处理钒钛还原回转窑废气的装置及工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明一种处理钒钛还原回转窑废气的装置及工艺，装置包括高温废气冷却装置、一次风引射装置、点火稳燃蓄热装置、二次风装置、燃烧室、喉部混合区，二次风装置环向布置在燃烧室内壁中；一次风引射装置的一次风进口连接高温废气冷却装置的管式换热器，高温废气冷却装置的管式换热器的管程出口连接一次风引射装置的热一次风管道，一次风引射装置的一次热风喷口位于一次风引射装置的中轴、正对喉部混合区，所述点火稳燃蓄热装置设置在喉部混合区、通向燃烧室，所述喉部混合区为收缩扩散结构。本发明针对工艺要求和废气成分将废气处理为不含可燃物的安全废气，使燃烧后的废气可被余热锅炉等热回收设备进行热量回收，同时确保达标排放。
Description
技术领域
本发明涉及钒钛预还原回转窑废气处理领域，尤其涉及一种处理钒钛还原回转窑废气的装置及工艺。
背景技术
在一种钒钛生产工艺过程中会通过回转窑设备对钒钛矿进行预还原处理。回转窑内为正压还原性气氛，不含O2。回转窑出风口要求控制微正压(10～30pa)。在预还原反应后会产生含有少量H2、CO(可燃物含量≤15％)和较高含尘量(约20～30g/Nm3)的高温(600～700℃)可燃废气。灰分中含有大量的碳粉(C)，此部分废气必须经过处理后才可以排放。由于可燃物含量很低，高温空气和冷空气混合后的温度约为350℃，并且由于不可燃物质的影响，所以此种废气不易稳定完全燃烧。
发明内容
本发明的目的是提供一种处理钒钛还原回转窑废气的装置及工艺，针对工艺要求和废气成分将废气处理为不含可燃物的安全废气，使燃烧后的废气可被余热锅炉等热回收设备进行热量回收，同时确保达标排放。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种处理钒钛还原回转窑废气的装置，包括高温废气冷却装置、一次风引射装置、点火稳燃蓄热装置、二次风装置、燃烧室、喉部混合区，所述高温废气冷却装置的废气通道与一次风引射装置的废气通道相连通，一次风引射装置的废气通道通过喉部混合区连通燃烧室，所述二次风装置环向布置在燃烧室内壁中；所述一次风引射装置的一次风进口连接高温废气冷却装置的管式换热器，高温废气冷却装置的管式换热器的管程出口连接一次风引射装置的热一次风管道，一次风引射装置的一次热风喷口位于一次风引射装置的中轴、正对喉部混合区，所述点火稳燃蓄热装置设置在喉部混合区、通向燃烧室，所述喉部混合区为收缩扩散结构。
所述高温废气冷却装置包括废气通道、管式换热器，所述管式换热器横向设置在废气通道中。
所述管式换热器的换热管为多层顺列布置，换热管间距大于75mm，换热管管径从上层往下层逐层递减或每两层递减，顶层管束为实心的耐磨保护管，管径比第二层管束管径大。
所述一次引风装置包括废气通道、冷一次风管道、热一次风管道、补偿器、一次热风喷口、螺旋片，冷一次风管道连接管式换热器的管程进口，热一次风管道连接管式换热器的管程出口，热一次风管道的另一端连接一次热风喷口，一次热风喷口从废气通道的侧壁横向伸入，正对喉部混合区，在一次热风喷口内设有螺旋片，所述废气通道的上端连接高温废气冷却装置的废气通道，下端为第一排灰口，在热一次风管道上设置有补偿器。
所述二次风装置包括二次风入口、二次风总管、二次风支管、二次风喷嘴，所述二次风入口从燃烧室端部引入，连接二次风总管，二次风总管环向布置在燃烧室的内壁中，若干个二次风支管轴向设置、径向均布在燃烧室的内壁中，二次风支管的端部连接二次风总管，二次风支管上设置有若干个二次风喷嘴与燃烧室连通，所述二次风喷嘴沿燃烧器轴向分布、与燃烧室径向倾斜设置，所有二次风喷嘴的倾斜方向一致。
所述二次风喷嘴沿燃烧室轴向以不同管径分组布置。
所述燃烧室的一端连接喉部混合区，另一端为燃烧烟气出口，在燃烧室的底部设有排灰口，在燃烧室的内壁上设有耐磨凸台，在燃烧室内出口处设有挡墙。
一种处理钒钛还原回转窑废气的工艺：
通过点火稳燃蓄热装置点火，在喉部混合区向燃烧室内形成长明火焰，对燃烧室进行升温操作，控制燃烧室燃烧烟气出口处压力为0～-50Pa；然后启动一次风机，向一次风引射装置提供一次风，此时回转窑开车生产，高温可燃废气从高温废气冷却装置的低压废气进口进入，一次冷空气从冷一次风管道进入，高温可燃废气走管式换热器的壳程，一次冷空气走管式换热器的管程，被冷却的可燃废气降低流速进入一次风引射装置的废气通道，不可燃大颗粒尘埃降落在一次风引射装置底部的第一排灰口，一次冷空气换热升温后作为一次助燃风从一次热风喷口高流速喷入燃烧室，并将可燃废气引射进入燃烧室内燃烧；当燃烧室温度达到800～900℃时开启二次风机，向燃烧室内通入二次助燃风，调节二次风风量，控制燃烧室燃烧烟气出口温度为850～950℃；不可燃粉尘降落于燃烧室底部的排灰口，不含可燃物的安全废气从燃烧室的燃烧烟气出口排出。
所述一次风的引射流速为60～100m/s。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明的结构简单，易于工程实现。
1)本发明的燃烧设备为低温燃烧设备。供风系统为两段供风，可以通过控制一次风空气过剩系数小于1，二次风空气过剩系数较大，使燃烧时氧气的浓度远离化学计量比，根据浓淡燃烧原理并配合绝热燃烧室控制NOx的生成量。
2)本发明具有两级除尘系统，利用惯性除尘和重力除尘原理，在燃烧前、燃烧段和燃尽段分三段进行除尘，可有效去除50％以上的不可燃灰尘，减小后续工段对设备的影响。燃烧前应用惯性除尘原理，利用空气预热器管路和空气对热废气冷却获得较低的空气流速，使不可燃大颗粒尘埃降落在第一排灰口。燃烧段中的未分离尘粒在运动中碰撞到顶壁凸起处时掉落下来落入第二、第三排灰斗。燃尽段处设有耐火耐磨挡墙，阻挡烟尘，使烟尘落入第四排灰斗。
3)本发明具有低压引射功能。通过一次风进口调节阀控制引射风风量，来控制引射风引射能力，从而控制窑头罩处的风压为工艺规定压力。同时，由于碳的比重较轻，可燃废气中的碳会被引射风吸附并燃烧，而较重的组分会落入第一排灰口。
4)本发明设有高温废气冷却装置，本装置可以将冷一次风加热成热一次风，同时大大降低了废气的温度，增加下游设备的使用寿命，并且降低设备材料的投资约65％，保证了关键零部件的稳定性。
5)本发明的一次风引射装置一次热风喷口中部为螺旋结构，引射风出口为旋流出风，可以在极短的时间内和可燃废气进行混合，使可燃物质与氧气均匀接触，实现低含量可燃物烟气的完全燃烧。
6)本发明的二次风系统为径向切圆燃烧，二次风在燃烧室内为涡旋流场，使气体搅动剧烈，氧气和可燃物混合均匀，燃烧完全。
7)本发明的二次风有预热和隔热保温的功能，二次风管分布于燃烧室夹层之中，在加热过程中起到冷却炉壁的作用，可以节约隔热材料的消耗，节约设备投资15％。
8)本发明设有点火稳燃、蓄热装置，可以在点火口维持超过900℃的高温，保证燃料的稳定可燃，适应较大的燃料成分变化。
9)本发明为负压运行设备，环境友好，不冒火，不泄露污染物。
附图说明
图1为本发明的外观正视图。
图2为本发明的剖面图。
图3为图2的A-A断面图。
图4为图2的B-B断面图。
图5为图2的C-C断面图。
图中：1高温废气冷却装置，2一次风引射装置，3点火稳燃蓄热装置，4二次风装置，5燃烧室，6测量、控制、报警系统，1-1低压废气进口，1-2冷一次风管道，1-3磨损保护管，1-4换热管，1-5耐磨隔热层，2-1一次风进口调节阀，2-2热一次风管道，2-3补偿器，2-4管道固定环，2-5端部封头，2-6看火孔，2-7一次热风喷口，2-8螺旋片，2-9隔热耐磨层，2-10耐磨耐温层，2-11蓄热层，2-12隔热层，2-13喉部混合区，2-14第一排灰口，2-15废气进口，4-1二次风入口，4-2二次风总管，4-3二次风支管，4-4二次风喷嘴，5-1耐火材料，5-2挡墙，5-3防磨层，5-4燃烧烟气出口，5-5第二、第三排灰口，5-6第四排灰口，5-7耐磨凸台，5-8人孔门，6-1废气进口压力表，6-2换热器出口氧含量监测表，6-3燃烧室出口温度计，6-4燃烧室出口压力表。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
见图1-图5，一种处理钒钛还原回转窑废气的装置，包括高温废气冷却装置1、一次风引射装置2、点火稳燃蓄热装置3、二次风装置4、燃烧室5、喉部混合区2-13，所述高温废气冷却装置1的废气通道与一次风引射装置2的废气通道相连通，一次风引射装置2的废气通道通过喉部混合区2-13连通燃烧室5，所述二次风装置4环向布置在燃烧室5内壁中；所述一次风引射装置2的一次风进口连接高温废气冷却装置的管式换热器，高温废气冷却装置1的管式换热器的管程出口连接一次风引射装置2的热一次风管道2-2，一次风引射装置2的一次热风喷口2-7位于一次风引射装置的中轴、正对喉部混合区2-13，所述点火稳燃蓄热装置3设置在喉部混合区2-13、通向燃烧室，所述喉部混合区2-13为收缩扩散结构。
喉部混合区2-13由蓄热砖砌筑，从内到外依次为耐磨耐温层2-10，蓄热层2-11，隔热层2-12。
所述高温废气冷却装置1包括废气通道、管式换热器，所述管式换热器横向设置在废气通道中。
所述管式换热器的换热管1-4为多层顺列布置，换热管1-4间距大于75mm，换热管管径从上层往下层逐层递减或每两层递减，顶层管束为实心的耐磨保护管1-3，管径比第二层管束管径大。换热管1-4内部衬有耐磨、隔热材料。实心的耐磨保护管1-3优选耐磨钢棒并堆焊耐磨合金。换热管1-4为光管。
低压废气进口1-1安装在由耐磨隔热层1-5围成的筒体入口，冷一次风管道1-2从耐磨隔热层1-5侧面引入，在冷一次风管道1-2后从低压废气进口1-1向出口垂直布置有磨损保护管1-3、换热管1-4。磨损保护管1-3和换热管1-4的两端埋入耐磨隔热层1-5，端口露出。管式换热器将冷一次风加热成热一次风，同时大大降低高温废气的温度，以便提高下游设备的寿命，并且降低设备材料的投资。
所述一次引风装置2包括废气通道、冷一次风管道1-2、热一次风管道2-2、补偿器2-3、一次热风喷口2-7、螺旋片2-8，冷一次风管道1-2连接管式换热器的管程进口，热一次风管道2-2连接管式换热器的管程出口，热一次风管道2-2的另一端连接一次热风喷口2-7，一次热风喷口2-7从废气通道的侧壁横向伸入，正对喉部混合区2-13，在一次热风喷口2-7内设有螺旋片2-8，所述废气通道的上端连接高温废气冷却装置1的废气通道，下端为第一排灰口2-14，在热一次风管道2-2上设置有补偿器2-3。
一次风引射装置2的一次风进口调节阀2-1安装于冷一次风管道进口1-2。补偿器2-3安装在热一次风管道2-2上，起吸收管道热膨胀的作用。管道固定环2-4用于固定热一次风管道2-2。端部封头2-5安装于由隔热耐磨层2-9围起的筒体端部，用于封堵端口。一次热风喷口2-7从端部封头2-5中心送入一次风引射装置1的废气通道，看火孔2-6安装在端部封头2-5上。一次热风喷口2-7正对喉部混合区2-13的中心孔处。在一次引风装置2底部布置有集灰斗和第一排灰口2-14。
一次风引射装置2的废气通道与一次热风喷口2-7垂直设置。第一排灰口2-14在一次热风喷口2-7下方。一次热风喷口2-7位于一次风引射装置2的中轴，引射风出口为高速射流(60～100m/s)，可燃废气从一次热风喷口2-7侧方被引入燃烧室5。一次热风喷口2-7内部布置有螺旋片2-8，使从一次热风喷口2-7喷出的一次风为旋流射流，用于搅匀废气，使氧气混合均匀，并形成平火焰。
所述二次风装置4包括二次风入口4-1、二次风总管4-2、二次风支管4-3、二次风喷嘴4-4，所述二次风入口4-1从燃烧室5端部引入，连接二次风总管4-2，二次风总管4-1环向布置在燃烧室5的内壁中，若干个二次风支管4-3轴向设置、径向均布在燃烧室5的内壁中，二次风支管4-3的端部连接二次风总管4-2，二次风支管4-3上设置有若干个二次风喷嘴4-4与燃烧室5连通，所述二次风喷嘴4-4沿燃烧器5轴向分布、与燃烧室5径向倾斜设置，所有二次风喷嘴4-4的倾斜方向一致。二次风装置4的二次风入口4-1布置在燃烧室5的两侧，二次风总管4-2环向布置于燃烧室5端部。
所述二次风喷嘴4-4沿燃烧室轴向以不同管径分组布置。
二次风装置4的形状不限于图中所示的圆形截面，也可以是方形或其他形状。二次风总管4-2和二次风支管4-3包覆在燃烧室5内壁耐火材料5-1中。
所述燃烧室5的一端连接喉部混合区2-13，另一端为燃烧烟气出口5-4，在燃烧室5的底部设有集灰斗和排灰口(第二、第三排灰口5-5；第四排灰口5-6)，在燃烧室5的内壁上设有耐磨凸台5-7，在燃烧室5内出口处设有挡墙5-2。
燃烧室5由耐火材料5-1围成筒形，在燃烧室5上还设有检修人孔门5-8，燃烧室5外形不限于图中所示的圆形截面，也可以是方形。燃烧室5出口挡墙5-2平行于燃烧室5燃烧烟气出口5-4，错位上下布置，高度不小于燃烧室筒内半径，如果燃烧室为矩形，则高度不小于燃烧室立面高度的一半，最高是直径或内高的2/3，图2中所示是最小尺寸。
本发明还设置有测量、控制、报警系统，包括废气进口压力表6-1、换热器出口氧含量监测表6-2、燃烧室出口温度计6-3、燃烧室出口压力表6-4。废气进口压力表6-1位于低压废气进口1-1处。燃烧室出口压力表6-4位于燃烧室5燃烧烟气出口5-4。燃烧室出口温度计6-3位于燃烧室5燃烧烟气出口5-4。换热器出口氧含量监测表6-2位于管式换热器下方可燃废气出口处，换热器出口氧含量监测表6-2检测到含氧量时发出报警信号，提示管式换热器泄露。
废气进口压力由一次风进口调节阀2-1的开度进行控制。燃烧室5出口压力由用户所选风机的风量大小调节进行控制。
点火稳燃蓄热装置3采用高热值可燃气体或液体，布置于喉部混合区2-13、燃烧室5入口处。点火稳燃蓄热装置3采用燃烧机或燃气燃烧器或燃油燃烧器。点火稳燃蓄热装置3含有点火风机、火焰检测器、烧嘴、燃气燃油控制阀门和比例调节器。
稳燃蓄热装置3的蓄热功能为喉部混合区2-13所用的蓄热层2-11所提供，蓄热层2-11采用蓄热材料砌筑，可以保持烧嘴处的温度高于900℃，保证可燃气体的稳定燃烧。
一种处理钒钛还原回转窑废气的工艺：
设备初始运行前必须进行吹扫，通过燃烧室5燃烧烟气出口5-4后方设置的风机将燃烧室5内部的可燃气体抽除。
通过点火稳燃蓄热装置3点火，在喉部混合区2-13向燃烧室5内形成长明火焰，对燃烧室5进行升温操作，控制燃烧室5燃烧烟气出口5-4处压力为0～-50Pa；然后启动一次风机，向一次风引射装置2提供一次风，此时回转窑开车生产，高温可燃废气从高温废气冷却装置1的低压废气进口1-1进入，一次冷空气从冷一次风管道1-2进入，高温可燃废气走管式换热器的壳程，一次冷空气走管式换热器的管程，被冷却的可燃废气降低流速进入一次风引射装置2的废气通道，不可燃大颗粒尘埃降落在一次风引射装置2底部的第一排灰口2-14，一次冷空气换热升温后作为一次助燃风从一次热风喷口2-7高流速喷入燃烧室5，并将可燃废气引射进入燃烧室5内燃烧；当燃烧室5温度达到800～900℃时开启二次风机，向燃烧室5内通入二次助燃风，调节二次风风量，控制燃烧室5燃烧烟气出口5-4温度为850～950℃；不可燃粉尘降落于燃烧室5底部的排灰口，不含可燃物的安全废气从燃烧室5的燃烧烟气出口5-4排出。
所述一次风的引射流速为60～100m/s。
Claims (9)
1.一种处理钒钛还原回转窑废气的装置，其特征在于，包括高温废气冷却装置、一次风引射装置、点火稳燃蓄热装置、二次风装置、燃烧室、喉部混合区，所述高温废气冷却装置的废气通道与一次风引射装置的废气通道相连通，一次风引射装置的废气通道通过喉部混合区连通燃烧室，所述二次风装置环向布置在燃烧室内壁中；所述一次风引射装置的一次风进口连接高温废气冷却装置的管式换热器，高温废气冷却装置的管式换热器的管程出口连接一次风引射装置的热一次风管道，一次风引射装置的一次热风喷口位于一次风引射装置的中轴、正对喉部混合区，所述点火稳燃蓄热装置设置在喉部混合区、通向燃烧室，所述喉部混合区为收缩扩散结构。
2.根据权利要求1所述的一种处理钒钛还原回转窑废气的装置，其特征在于，所述高温废气冷却装置包括废气通道、管式换热器，所述管式换热器横向设置在废气通道中。
3.根据权利要求2所述的一种处理钒钛还原回转窑废气的装置，其特征在于，所述管式换热器的换热管为多层顺列布置，换热管间距大于75mm，换热管管径从上层往下层逐层递减或每两层递减，顶层管束为实心的耐磨保护管，管径比第二层管束管径大。
4.根据权利要求1所述的一种处理钒钛还原回转窑废气的装置，其特征在于，所述一次引风装置包括废气通道、冷一次风管道、热一次风管道、补偿器、一次热风喷口、螺旋片，冷一次风管道连接管式换热器的管程进口，热一次风管道连接管式换热器的管程出口，热一次风管道的另一端连接一次热风喷口，一次热风喷口从废气通道的侧壁横向伸入，正对喉部混合区，在一次热风喷口内设有螺旋片，所述废气通道的上端连接高温废气冷却装置的废气通道，下端为第一排灰口，在热一次风管道上设置有补偿器。
5.根据权利要求1所述的一种处理钒钛还原回转窑废气的装置，其特征在于，所述二次风装置包括二次风入口、二次风总管、二次风支管、二次风喷嘴，所述二次风入口从燃烧室端部引入，连接二次风总管，二次风总管环向布置在燃烧室的内壁中，若干个二次风支管轴向设置、径向均布在燃烧室的内壁中，二次风支管的端部连接二次风总管，二次风支管上设置有若干个二次风喷嘴与燃烧室连通，所述二次风喷嘴沿燃烧器轴向分布、与燃烧室径向倾斜设置，所有二次风喷嘴的倾斜方向一致。
6.根据权利要求5所述的一种处理钒钛还原回转窑废气的装置，其特征在于，所述二次风喷嘴沿燃烧室轴向以不同管径分组布置。
7.根据权利要求1所述的一种处理钒钛还原回转窑废气的装置，其特征在于，所述燃烧室的一端连接喉部混合区，另一端为燃烧烟气出口，在燃烧室的底部设有排灰口，在燃烧室的内壁上设有耐磨凸台，在燃烧室内出口处设有挡墙。
8.一种采用如权利要求1-7其中任意一项所述的装置处理钒钛还原回转窑废气的工艺，其特征在于：
通过点火稳燃蓄热装置点火，在喉部混合区向燃烧室内形成长明火焰，对燃烧室进行升温操作，控制燃烧室燃烧烟气出口处压力为0～-50Pa；然后启动一次风机，向一次风引射装置提供一次风，此时回转窑开车生产，高温可燃废气从高温废气冷却装置的低压废气进口进入，一次冷空气从冷一次风管道进入，高温可燃废气走管式换热器的壳程，一次冷空气走管式换热器的管程，被冷却的可燃废气降低流速进入一次风引射装置的废气通道，不可燃大颗粒尘埃降落在一次风引射装置底部的第一排灰口，一次冷空气换热升温后作为一次助燃风从一次热风喷口高流速喷入燃烧室，并将可燃废气引射进入燃烧室内燃烧；当燃烧室温度达到800～900℃时开启二次风机，向燃烧室内通入二次助燃风，调节二次风风量，控制燃烧室燃烧烟气出口温度为850～950℃；不可燃粉尘降落于燃烧室底部的排灰口，不含可燃物的安全废气从燃烧室的燃烧烟气出口排出。
9.根据权利要求8所述的一种处理钒钛还原回转窑废气的工艺，其特征在于，所述一次风的引射流速为60～100m/s。
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