CN108167860A - 一种烧成系统梯度燃烧自脱硝工艺方法 - Google Patents

一种烧成系统梯度燃烧自脱硝工艺方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种烧成系统梯度燃烧自脱硝工艺方法。本发明属于水泥工业烟气脱硝技术领域。一种烧成系统梯度燃烧自脱硝工艺方法，分解炉内形成极度贫氧区‑贫氧燃烧区‑富氧燃烬区的梯度燃烧环境；梯度燃烧环境通过入分解炉燃料、三次风和入分解炉物料分级喂入来实现；入炉三次风管分为上下两个支管，三次风下支管从分解炉柱体下部喂入，上支管从分解炉柱体中部喂入；入分解炉燃料分为两层喂入炉内，下层燃料从分解炉锥体喂入，上层燃料从分解炉柱体喂入；极度贫氧区为三次风下支管以下的分解炉区域；贫氧燃烧区为三次风上下两个支管之间的区域；富氧燃烬区为三次风管上分支以上的分解炉区域。本发明具有工艺优化，可靠性好，流程合理等优点。

Description

一种烧成系统梯度燃烧自脱硝工艺方法
技术领域
本发明属于水泥工业烟气脱硝技术领域，特别是涉及一种烧成系统梯度燃烧自脱硝工艺方法。
背景技术
氮氧化物是化石燃料与空气在高温燃烧时产生的气体，具有很强的毒性。氮氧化物排放影响大气质量，对人类生存环境与健康有严重的危害。水泥工业是居火力发电、汽车尾气之后的第三大氮氧化物排放大户。为了加强环境保护，积极控制氮氧化物排放，制定了严格的排放标准。目前，国内外水泥行业大多采用选择性非催化还原(SNCR)脱硝或者选择性催化还原(SCR)脱硝技术。采用SNCR技术，可实现系统的NOx减排>50％，但存在氨逃逸，造成大气二次污染，氨水浪费大，运行成本高等问题。使用SCR技术，系统NOx减排水平达到>80％，具有脱硝效率高，氨利用率高，运行费用低，技术成熟可靠等优点，但一次性投资较高，在水泥行业应用较少。
目前，燃料燃烧自脱硝技术为在不外加还原剂(一般为氨水、尿素等氨基还原剂)的条件下，利用控制燃料燃烧特性参数，通过燃烧过程中形成的中间产物抑制NOx形成的燃烧技术。目前，燃料燃烧自脱硝技术有空气分级燃烧技术和燃料分级燃烧技术。燃料分级燃烧技术利用入分解炉燃料分级喂入，在分解炉锥部形成贫氧燃烧区域，可有效降低出回转窑烟气中的NOx，但难以抑制分解炉燃料自身燃烧产生NOx。空气分级燃烧技术利用入炉三次风分级喂入，在分解炉柱段形成贫氧燃烧区，可抑制分解炉燃料自身燃烧产生的NOx，但是所形成的贫氧燃烧区过剩空气系数仍然较高，整体脱硝效果欠佳。随着环保要求的提高，水泥企业脱硝运营成本大幅度增加,提高燃烧燃烧自脱硝效率，降低脱硝运行成本减少二次污染是水泥行业当务之急。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种烧成系统梯度燃烧自脱硝工艺方法。
本发明的目的是提供一种具有工艺优化，可靠性好，流程合理，降低企业生产成本，具有很强的可操作性和实用性等特点的烧成系统梯度燃烧自脱硝工艺方法。
本发明烧成系统梯度燃烧自脱硝工艺，能够有效地提高自脱硝效率，同时不影响烧成系统正常运行。
本发明烧成系统梯度燃烧自脱硝工艺，分解炉内形成极度贫氧区-贫氧燃烧区-富氧燃烬区的梯度燃烧环境；所述梯度燃烧环境通过入分解炉燃料、三次风和入分解炉物料的分级喂入和协同配合来实现。入炉三次风管分为上下两个支管，三次风下支管从分解炉柱体下部喂入，上支管从分解炉柱体中部喂入。入炉燃烧分为两层喂入炉内，下层燃料从分解炉锥体喂入，上层燃料从分解炉柱体喂入。所述极度贫氧区为三次风下支管以下的分解炉区域，其特征为过剩空气系数为0.1-0.5，温度控制850-1000℃；所述贫氧燃烧区为三次风上下两个支管之间的区域，其特征为过剩空气系数为0.5-1.0，温度控制900-1200℃。所述富氧燃烬区为三次风管上分支以上的分解炉区域，其特征为过剩空气系数为1.0以上。在极度贫氧区和贫氧燃烧区，燃烧中间产物CO与NOx反应，使NOx还原为N2，达到脱硝的效果。
极度贫氧区的主要脱硝化学反应如下：
C+CO2→2CO
CO+NOx→CO2+N2
贫氧燃烧区的主要脱硝化学反应如下：
C+O2→CO
CO+NOx→CO2+N2
入分解炉物料分三级喂入炉内，第一级喂入分解炉锥体，第二级喂入分解炉柱体下部，第三级喂入分解炉柱体中部。
入分解炉三次风管上设有风量调节阀。
入分解炉料管上设有分料阀,所述第一级、第二级、第三级料管的分料比例可按任意比例调节。
本发明烧成系统梯度燃烧自脱硝工艺方法所采取的技术方案是：
一种烧成系统梯度燃烧自脱硝工艺方法，其特点是：烧成系统梯度燃烧自脱硝工艺方法是分解炉内形成极度贫氧区-贫氧燃烧区-富氧燃烬区的梯度燃烧环境；梯度燃烧环境通过入分解炉燃料、三次风和入分解炉物料分级喂入来实现；入炉三次风管分为上下两个支管，三次风下支管从分解炉柱体下部喂入，上支管从分解炉柱体中部喂入；入分解炉燃料分为两层喂入炉内，下层燃料从分解炉锥体喂入，上层燃料从分解炉柱体喂入；极度贫氧区为三次风下支管以下的分解炉区域，温度控制850-1000℃；贫氧燃烧区为三次风上下两个支管之间的区域，温度控制900-1200℃；富氧燃烬区为三次风管上分支以上的分解炉区域。
本发明烧成系统梯度燃烧自脱硝工艺方法还可以采用如下技术方案：
所述的烧成系统梯度燃烧自脱硝工艺方法，其特点是：极度贫氧区过剩空气系数为0.1-0.5，贫氧燃烧区过剩空气系数为0.5-1.0，富氧燃烬区过剩空气系数为大于1.0。
所述的烧成系统梯度燃烧自脱硝工艺方法，其特点是：入分解炉物料分三级喂入炉内，第一级喂入分解炉锥体，第二级喂入分解炉柱体下部，第三级喂入分解炉柱体中部。
所述的烧成系统梯度燃烧自脱硝工艺方法，其特点是：分解炉物料管上设有分料阀。
所述的烧成系统梯度燃烧自脱硝工艺方法，其特点是：入炉三次风管上设有风量调节阀。
本发明具有的优点和积极效果是：
烧成系统梯度燃烧自脱硝工艺方法由于采用了本发明全新的技术方案，与现有技术相比，本发明通过入分解炉三次风、入分解炉燃料和入分解炉物料的分级喂入和协同配合，形成极度贫氧区-贫氧燃烧区-富氧燃烬区的梯度分布燃烧环境。在极度贫氧区内形成一个高CO浓度的还原区域，使出回转窑烟气中的NOx还原为N2。在贫氧燃烧区形成中等CO浓度的还原区域，抑制分解炉燃料燃烧自身产生的NOx。通过在分解炉内形成强还原区域，最大限度地延长还原区域的停留时间和增加还原区域的CO浓度来显著的降低烟气中的NOx的浓度水平。本发明中通过入炉物料的多级喂料，调控分解炉内温度分布，控制分解炉锥部温度防止内部结皮，提高分解炉柱体温度促进燃料的燃尽，在实现梯度燃烧自脱硝功能的同时不影响烧成系统的正常运行。采用本发明后，对于一般燃料可实现自脱硝效率大于50％，对于挥发分大于20％的烟煤可实现出炉烟气浓度不高于400mg/Nm3,达到国内一般地区的排放标准。本发明是目前国内外燃烧过程自脱硝工艺中技术最新、工艺最优、可靠性最好的工艺技术，其工艺流程合理，技术指标先进，符合国家节能环保潮流，降低企业生产成本，具有很强的可操作性和实用性。
附图说明
图1是本发明烧成系统梯度燃烧自脱硝工艺方法示意图。
图中：1、回转窑，2、烟室，3、分解炉锥体，4、分解炉柱体，5、入炉物料上分料阀，6、入炉物料下分料阀，7、入炉三次风下支管，8、入炉三次风上支管，9、三次风管风量调节阀，10、入炉燃料下支管，11、入炉燃料上支管，12、入炉燃料调节阀门，13、入炉物料，14、出炉烟气，15、入炉三次风，16、入炉燃料，17、回转窑烟气。带箭头虚线为气流方向，带箭头实线为料流方向。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
参阅附图1。
实施例1
一种烧成系统梯度燃烧自脱硝工艺方法，其技术方案为：回转窑烟气通过回转窑1和烟室2后进入分解炉锥体3和分解炉柱体4，入分解炉物料通过分料阀5和分料阀6后分三级喂入分解炉内，其中第一级料管连接分解炉锥体3，第二级料管连接分解炉柱体4下部，第三级料管连接分解炉柱体4中部。通过入分解炉上分料阀5和入分解炉下分料阀6的开度控制，各级料管中的分料比例可按任意比例调节。入炉三次风管分上下两层喂入分解炉柱体4内，入炉三次风下支管7连接分解炉柱体4的下部，入炉三次风上支管8连接分解炉柱体4的中部。入炉三次风下支管7和入炉三次风上支管8上设计入炉三次风管风量调节阀9，通过入炉三次风管风量调节阀9的开度可调节三次风进入上、下支管的比例。入分解炉燃料分为上下两层分别喂入分解炉锥体3和分解炉柱体4内，入炉燃料下支管10连接分解炉锥体3，入炉燃料上支管11连接分解炉柱体4，并位于三次风下支管7以上。入炉燃烧分配至入炉燃料下支管10或入炉燃料上支管11的比例可通过入炉燃料调节阀门12来进行调节。在本实施例中，入炉燃料下支管10喷入的燃料在分解炉锥体3中与出烟室2烟气汇合，在入炉三次风下支管7以下的分解炉区域由于缺乏燃烧空气而形成极度贫氧区，该区域内过剩空气系数远小于1，一般为0.1-0.5，在极度贫氧环境中燃料中的C与烟气中的CO2反应生成CO，由于CO具有还原性，可将烟气中的NOx还原为N2。为了防止燃料在分解炉锥体3内结焦使锥体边壁结皮，通过入炉物料上分料阀5和入炉物料下分料阀6开度的组合控制入分解炉锥体的物料量，通过物料吸热来控制锥体温度在燃料结焦温度以下，一般控制850-1000℃之间，可解决锥体内的结皮问题。贫氧燃烧区为入炉三次风下支管7和入炉三次风上支管8之间的分解炉区域，通过三次风管风量调节阀9的开度控制使贫氧燃烧区燃烧过剩空气系数小于1，一般控制0.5-1之间，该区域内燃料与氧气反应生成中间产物CO，抑制分解炉燃料燃烧过程中NOx的生成。为了加速贫氧燃烧区内燃料的燃烧速度，通过入炉物料分料阀5将一部分物料上分至分解炉柱体4的中部位置，减少进入贫氧燃烧区的物料量，提升贫氧燃烧区的温度至950-1200℃，从而加速该区域内燃料的燃烧速度，有利于CO的形成，提高脱硝效果。富氧燃烬区为三次风管风量调节阀9以上的分解炉区域，由于所有的三次风均喂入分解炉内，该区域的燃烧过剩空气系数一般大于1，有足够的氧气满足燃料的燃烬。
如本领域的技术人员所知的，本实施例中入炉料管对应的是单系列预热器，入炉物料从一处下料再通过分料阀分料后喂入不同的燃烧区域。当预热器为双系列时，入炉物料有两处下料，通过各自料管上的分料阀后喂入上述燃烧区域。
本实施例所述入炉燃料下支管10和入炉燃料上支管11对应的喂煤点个数可以为一个也可以为多个。
本发明的工作原理和技术关键在于：
1)采用入分解炉燃料、三次风和入分解炉物料的分级喂入和协同配合，形成极度贫氧区-贫氧燃烧区-富氧燃烬区的梯度分布燃烧环境，通过燃烧中间产物还原窑内已经产生的NOx，同时抑制分解炉内NOx的生成，提高燃烧过程自脱硝效率。
2)采用入分解炉物料多级分料技术调控分解炉内温度分布,通过降低分解炉锥体内温度，解决分解炉锥部高温易结皮的问题，通过提高分解炉柱体贫氧燃烧区的温度提高燃料的燃烧速度，提高分解炉内燃料的燃尽度，在实现梯度燃烧自脱硝功能的同时不影响烧成系统的正常运行。
本实施例具有工艺优化，可靠性好，流程合理，降低企业生产成本，具有很强的可操作性和实用性等积极效果。

Claims (5)

1.一种烧成系统梯度燃烧自脱硝工艺方法，其特征是：烧成系统梯度燃烧自脱硝工艺方法是分解炉内形成极度贫氧区-贫氧燃烧区-富氧燃烬区的梯度燃烧环境；梯度燃烧环境通过入分解炉燃料、三次风和入分解炉物料分级喂入来实现；入炉三次风管分为上下两个支管，三次风下支管从分解炉柱体下部喂入，上支管从分解炉柱体中部喂入；入分解炉燃料分为两层喂入炉内，下层燃料从分解炉锥体喂入，上层燃料从分解炉柱体喂入；极度贫氧区为三次风下支管以下的分解炉区域，温度控制850-1000℃；贫氧燃烧区为三次风上下两个支管之间的区域，温度控制900-1200℃；富氧燃烬区为三次风管上分支以上的分解炉区域。
2.根据权利要求1所述的烧成系统梯度燃烧自脱硝工艺方法，其特征是：极度贫氧区过剩空气系数为0.1-0.5，贫氧燃烧区过剩空气系数为0.5-1.0，富氧燃烬区过剩空气系数为大于1.0。
3.根据权利要求1所述的烧成系统梯度燃烧自脱硝工艺方法，其特征是：入分解炉物料分三级喂入炉内，第一级喂入分解炉锥体，第二级喂入分解炉柱体下部，第三级喂入分解炉柱体中部。
4.根据权利要求3所述的烧成系统梯度燃烧自脱硝工艺方法，其特征是：分解炉物料管上设有分料阀。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的烧成系统梯度燃烧自脱硝工艺方法，其特征是：入炉三次风管上设有风量调节阀。
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