CN108261843A - 高效快速降低回转窑氮氧化合物的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高效快速降低回转窑氮氧化合物的装置，包括设于回转窑尾部的烟室、设于烟室顶部的分解炉、C1旋风筒、C2旋风筒、C3旋风筒、C4旋风筒、C5旋风筒、增湿塔、除尘过滤器、窑尾除尘器和还原塔。回转窑窑尾的烟气在分解炉底部脱硝，还原塔顶部的氨水喷嘴使烟气在上升过程中经C5旋风筒的上升烟道再次还原脱硝，再通过还原塔脱硝，且在分解炉和还原塔之间循环脱硝，脱硝效率高，可达85％以上；且经除尘过滤器和窑尾除尘器两次除尘，除尘效率高，使最终排放到大气中的烟气满足国家规定的排放标准。本发明还公开了一种高效快速降低回转窑氮氧化合物的方法。
Description
技术领域
本发明涉及水泥窑脱硝技术领域，特别是一种高效快速降低回转窑氮氧化 合物的装置及方法。
背景技术
氮氧化物NOx是大气的主要污染物之一，多以NO、NO2形式存在。近年来 全国水泥行业NOx排放量约占全国工业排放总量的10％左右仅次于电力行业和机 动车尾气排放。面对日益严峻的大气污染问题，对脱硝技术提出更高的要求； 另外伴随水泥生产线烟气排除的粉尘也是严重威胁我国环境质量的重要因素， 且近年来水泥生产线烟气中粉尘的排放量呈逐年递增的趋势。然而，传统技术 中，国内水泥生产线上回转窑窑尾的烟气依然存在脱硝不彻底，而且烟气除尘 效率不高的缺点，严重影响我国的环境质量。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种高效快速降低回转窑氮 氧化合物的装置及方法，结合分级燃烧、二次喂料、无氧燃烧等技术，在不使 用氮水、尿素、催化剂的条件下，脱硝效率高达60％以上，NOx排放浓度达到国 家标准的情况下减少使用氮水成本达60％以上，甚至可以不使用氮水，大大节约 生产成本。
本发明采用的技术方案是：
一种高效快速降低回转窑氮氧化合物的装置，包括设于回转窑尾部的烟室、 设于烟室顶部的分解炉、C1旋风筒、C2旋风筒、C3旋风筒、C4旋风筒、C5旋 风筒、增湿塔、除尘过滤器、窑尾除尘器和还原塔；所述分解炉的出烟口与所 述C5旋风筒的上升烟道连接，C5旋风筒与所述C4旋风筒的上升烟道连接，C4 旋风筒与所述C3旋风筒的上升烟道连接，C3旋风筒与所述C2旋风筒的上升烟 道连接，C2旋风筒与所述C1旋风筒的上升烟道连接，C1级旋风筒与所述增湿 塔连接，增湿塔与所述窑尾除尘器连接，且窑尾除尘器的出口连接有烟囱；所 述C5旋风筒的下料管与所述烟室连接，所述C4旋风筒包括第一下料管和第二 下料管，所述分解炉的底部设有第一生料入口和第二生料入口，所述第一下料 管与所述第一生料入口连接，所述第二下料管与所述第二生料入口连接，且第 一生料入口的位置高于第二生料入口的位置，所述分解炉的底部设有煤粉燃烧 器，且煤粉燃烧器的位置低于第二生料入口的位置，该分解炉的底部还设有三 次风进风口，且三次风进风口的位置与第二生料入口的位置高度相等；所述除 尘过滤器设于C1旋风筒和还原塔之间，且除尘过滤器底部和还原塔的底部均设 有到分解炉的粉尘输送管道，该还原塔顶部和分解炉的顶部均设有氨水喷嘴， 且还原塔的出口与分解炉的顶部连接。
回转窑中烟气首先进入烟室中，再从烟室中进入分解炉底部，由于三次风 进风口的位置高于第二生料入口的位置，且第二生料入口的位置高于煤粉燃烧 器的位置，这样三次风进风口与煤粉燃烧器之间形成一个贫氧区，在这个区域 内的煤粉进行贫氧燃烧，其燃烧产生的CO、CH4、H2、挥发份中的HCN和固定碳 这些还原剂与烟气中的NOX发生反应，将NOX还原生成N2,同时这种缺氧燃烧环境 下也抑制了NOX的生成，从而实现水泥生产过程中NOx，主要反应过程如下： 2CO+2NO＝N2+2CO2，CO2+C＝2CO,2H2+2NO＝N2+2H2O,NHi+NO＝N2+…；另外，三次风进风 口和煤粉燃烧器之间有一定距离，延长了产生的还原剂参加还原反应的时间， 煤粉在底部燃烧，为了控制此区域的温度，C4旋风筒中的生料经第二下料管从 第二生料入口进入分解炉的底部，生料也可参加还原反应，可进一步减少NOX的生成，再者，通过第一下料管和第二下料管对生料进行重新分配，达到高产 稳产顺行目的的同时提高了煤粉的燃尽率，降低了煤耗，提高了生料的分解率， 在提高产量的同时降节约了能源，分解炉的顶部还设有氨水喷嘴，烟气在上升 过程中，经C5旋风筒的上升烟道再次还原脱硝，进一步减少了NO2的排放，而 且经分解炉底部的初步脱硝，可减少氨水喷嘴的喷氨量，不仅节约了生产成本， 而且降低了氨逃逸的机会；经分解炉后的烟气依次通过C5旋风筒、C4旋风筒、C3旋风筒、C2旋风筒和C1旋风筒，从C1旋风筒出来的烟气一部分经除尘过滤 器除尘，可过滤掉烟气中的一部分粉尘，粉尘经粉尘输送管道进入分解炉中， 经过滤后的烟气进入到还原塔中，还原塔的顶部设有氨水喷嘴，烟气中的NOx经C5旋风筒的上升烟道再次还原脱硝，可更进一步的降低NOx的排放，而还原 塔中未参与还原反应的剩余氨会循环至分解炉的顶部再次被利用，提高了氨的 利用率，而循环回到分解炉的烟气可用于分解炉顶部烟气中NOx还原反应的加 热，节约了能源，提高了原料的利用率，而分解炉和还原塔之间可对烟气中的 NOx循环还原以及通过除尘过滤器循环除尘，最大限度的减少了NOx和粉尘的排 放，脱硝效率可高达85％以上，而从C1旋风筒出来的另一部分烟气经增湿塔后 进入窑尾除尘器进行二次除尘，除尘后的烟气经烟囱排放到大气中。
优选地，所述窑尾除尘器为桶状，该窑尾除尘器内沿烟气的流动方向上依 次交替设有圆环隔板和实心圆隔板，且所述圆环隔板外环的直径与窑尾除尘器 的内径相匹配，该圆环隔板内环的直径大于所述实心圆隔板的直径，且实心圆 隔板与圆环隔板同轴心设置。烟气经增湿塔的增湿可以提高粉尘的除去滤，而 窑尾除尘器中依次交替设有圆环隔板和实心圆隔板，烟气中的粉尘在窑尾除尘 器中与圆环隔板和实心圆隔板进行迂回碰撞，大大降低了烟气中粉尘的排放量。
优选地，所述窑尾除尘器包括至少两个圆环隔板和至少两个实心圆隔板。 设置多个圆环隔板和实心圆隔板可最大限度的除去烟气中的粉尘，使排放到大 气中的烟气满足排放标准。
优选地，所述窑尾除尘器沿烟气流动方向的尾部设有至少一层湿海绵。湿 海绵不仅可吸附粒径较小的粉尘，而且可以吸收氨气，进一步降低了氨逃逸的 机会，保护了环境。
优选地，所述还原塔的出口和分解炉顶部的连接管道上设有风机。设置风 机可加速烟气从还原塔循环进入分解炉的速率，提高了生产效率和产量。
优选地，所述燃烧器的个数为至少两个，且燃烧器均布于分解炉底部的圆 周上。分解炉的底部设置多个煤粉燃烧器，可增加分解炉底部的脱硝效率。
优选地，所述窑尾除尘器和所述烟囱之间的管道上设有NOx检测仪和烟气氨 逃逸检测仪。NOx检测仪和烟气氨逃逸检测仪可随时监控烟气中氨气和NOx的排 放浓度，信息及时反馈，以确保氨水的喷淋量控制在一定的摩尔比范围内，既 避免二次污染，又使水泥回转窑烟气达到国家规定的排放标准。
一种高效快速降低回转窑氮氧化合物的方法，包括如下步骤：
a、在烟室和分解炉之间建立还原燃烧区；
b、在分解炉底部输入三次风；
c、将C4旋风筒内的生料一部分输入还原燃烧区；
d、将煤粉以一定的旋流角度送入还原燃烧区；
e、对还原燃烧区反应后的气体进行氨水脱硝；
f、对氨水脱硝后的气体进行除尘后排放。
优选地，还包括如下步骤：检测排放的气体中氨气和NOx的排放浓度，并根 据检测结果控制氨水脱硝中氨水的喷洒量。
燃料分级燃烧是在烟室和分解炉之间建立还原燃烧区，低氮脱硝是燃料分 级燃烧的进一步优化，借助燃烧分级燃烧建立的还原区，将原分解炉所用燃料 均布到该区域，其燃烧产生的CO、CH4、H2、挥发份中的HCN和固定碳这些还原 剂与烟气中的NOx发生反应，将NOx还原成N2，从而实现水泥生产过程中NOx的减 排。
煤粉喷入位置和三次风管有一定距离，主要是为了还原剂参加还原反应有 一定的反应时间，煤粉在底部燃烧，为了控制还原区温度，设计上把C4料的一 部分分到分解米锥部也参加还原反应，也能减少NOx的产生。
煤粉以一定的旋流角度进入还原燃烧区，产生大量的还原气体，拦截窑内 所产生的NOx向上级排放、扩散。
对窑尾四级下料进行重新分配，以达到高产稳产顺行的目的，同时提高煤 粉的燃尽率，降低煤耗，提高生料分解率，提高窑台时产量。
对三次风管位置进行调整，具体为将三次风管从煤粉燃烧器提升至分解炉 底部，降低还原燃烧区的含氧量，形成贫氧区甚至无氧区。
本发明的有益效果是：
1、回转窑窑尾的烟气在分解炉底部脱硝，还原塔顶部的氨水喷嘴使烟气在 上升过程中经C5旋风筒的上升烟道再次还原脱硝，再通过还原塔脱硝，且在分 解炉和还原塔之间循环脱硝，脱硝效率高，可达85％以上；且经除尘过滤器和窑 尾除尘器两次除尘，除尘效率高，使最终排放到大气中的烟气满足国家规定的 排放标准。
2、窑尾除尘器中依次交替设有圆环隔板和实心圆隔板，烟气中的粉尘在窑 尾除尘器中与圆环隔板和实心圆隔板进行迂回碰撞，大大降低了烟气中粉尘的 排放量；设置多个圆环隔板和实心圆隔板可最大限度的除去烟气中的粉尘，使 排放到大气中的烟气满足排放标准。
3、窑尾除尘器沿烟气流动方向的尾部设置的湿海绵不仅可吸附粒径较小的 粉尘，而且可以吸收氨气，降低了氨逃逸的机会，保护了环境。
4、还原塔的出口和分解炉顶部连接管道上的风机加速了烟气从还原塔循环 进入分解炉的速率，提高了生产效率和产量。
5、分解炉的底部设置多个煤粉燃烧器，可增加分解炉底部的脱硝效率。
6、窑尾除尘器和烟囱之间的管道上设置的NOx检测仪和烟气氨逃逸检测仪 可随时监控烟气中氨气和NOx的排放浓度，信息及时反馈，以确保氨水的喷淋量 控制在一定的摩尔比范围内，既避免二次污染，又使水泥回转窑烟气达到国家 规定的排放标准。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图；
图2为本发明实施例窑尾除尘器的结构示意图；
附图标记：1-回转窑，2-烟室，3-分解炉，4-C1旋风筒，5-C2旋风筒，6-C3 旋风筒，7-C4旋风筒，7a-第一下料管，7b-第二下料管，8-C5旋风筒，8a-下 料管，9-增湿塔，10-除尘过滤器，11-窑尾除尘器，11a-圆环隔板，11b-实心 圆隔板，11c-湿海绵，12-还原塔，13-烟囱，14-煤粉燃烧器，15-三次风进风 口，16-粉尘输送管道，17-氨水喷嘴，18-风机，19-NOx检测仪，20-氨逃逸检测 仪。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
实施例
如图1和图2所示，一种高效快速降低回转窑氮氧化合物的装置，包括设 于回转窑1尾部的烟室2、设于烟室2顶部的分解炉3、C1旋风筒4、C2旋风筒 5、C3旋风筒6、C4旋风筒7、C5旋风筒8、增湿塔9、除尘过滤器10、窑尾除 尘器11和还原塔12；所述分解炉3的出烟口与所述C5旋风筒8的上升烟道连 接，C5旋风筒8与所述C4旋风筒7的上升烟道连接，C4旋风筒7与所述C3旋 风筒6的上升烟道连接，C3旋风筒6与所述C2旋风筒5的上升烟道连接，C2 旋风筒5与所述C1旋风筒4的上升烟道连接，C1级旋风筒4与所述增湿塔9连 接，增湿塔9与所述窑尾除尘器11连接，且窑尾除尘器11的出口连接有烟囱 13；所述C5旋风筒8的下料管8a与所述烟室2连接，所述C4旋风筒7包括第 一下料管7a和第二下料管7b，所述分解炉3的底部设有第一生料入口和第二生 料入口，所述第一下料管7a与所述第一生料入口连接，所述第二下料管7b与 所述第二生料入口连接，且第一生料入口的位置高于第二生料入口的位置，所 述分解炉3的底部设有煤粉燃烧器14，且煤粉燃烧器14的位置低于第二生料入 口的位置，该分解炉3的底部还设有三次风进风口15，且三次风进风口15的位 置与第二生料入口的位置高度相等；所述除尘过滤器10设于C1旋风筒4和还 原塔12之间，且除尘过滤器10底部和还原塔12的底部均设有到分解炉3的粉 尘输送管道16，该还原塔12顶部和分解炉3的顶部均设有氨水喷嘴17，且还 原塔12的出口与分解炉3的顶部连接。
回转窑1中烟气首先进入烟室2中，再从烟室2中进入分解炉3底部，由 于三次风进风口15的位置高于第二生料入口的位置，且第二生料入口的位置高 于煤粉燃烧器14的位置，这样三次风进风口15与煤粉燃烧器14之间形成一个 贫氧区，在这个区域内的煤粉进行贫氧燃烧,其燃烧产生的CO、CH4、H2、挥发份 中的HCN和固定碳这些还原剂与烟气中的NOX发生反应，将NOX还原生成N2,同时 这种缺氧燃烧环境下也抑制了NOX的生成，从而实现水泥生产过程中NOx，主要 反应过程如下：
2CO+2NO＝N2+2CO2，CO2+C＝2CO,2H2+2NO＝N2+2H2O,NHi+NO＝N2+…；
另外，三次风进风口15和煤粉燃烧器14之间有一定距离，延长了产生的 还原剂参加还原反应的时间，煤粉在底部燃烧，为了控制此区域的温度，C4旋 风筒7中的生料经第二下料管7b从第二生料入口进入分解炉3的底部，生料也 可参加还原反应，可进一步减少NOX的生成，再者，通过第一下料管7a和第二 下料管7b对生料进行重新分配，达到高产稳产顺行目的的同时提高了煤粉的燃 尽率，降低了煤耗，提高了生料的分解率，在提高产量的同时降节约了能源， 分解炉3的顶部还设有氨水喷嘴17，烟气在上升过程中，经C5旋风筒8的上升 烟道再次还原脱硝，进一步减少了NO2的排放，而且经分解炉3底部的初步脱硝， 可减少氨水喷嘴17的喷氨量，不仅节约了生产成本，而且降低了氨逃逸的机会； 经分解炉3后的烟气依次通过C5旋风筒8、C4旋风筒7、C3旋风筒6、C2旋风 筒5和C1旋风筒4，从C1旋风筒4出来的烟气一部分经除尘过滤器10除尘， 可过滤掉烟气中的一部分粉尘，粉尘经粉尘输送管道16进入分解炉3中，经过 滤后的烟气进入到还原塔12中，还原塔12的顶部设有氨水喷嘴17，烟气中的 NOx经C5旋风筒8的上升烟道再次还原脱硝，烟气中的NOx可再次进行还原，可更进一步的降低NOx的排放，而还原塔12中未参与还原反应的剩余氨会循环至 分解炉3的顶部再次被利用，提高了氨的利用率，而循环回到分解炉3的烟气 可用于分解炉3顶部烟气中NOx还原反应的加热，节约了能源，提高了原料的利 用率，而分解炉3和还原塔12之间可对烟气中的NOx循环还原以及通过除尘过 滤器10循环除尘，最大限度的减少了NOx和粉尘的排放，脱硝效率可高达85％ 以上，而从C1旋风筒4出来的另一部分烟气经增湿塔9后进入窑尾除尘器12 进行二次除尘，除尘后的烟气经烟囱13排放到大气中。
在其中一个实施例中，所述窑尾除尘器11为桶状，该窑尾除尘器11内沿 烟气的流动方向上依次交替设有圆环隔板11a和实心圆隔板11b，且所述圆环隔 板11a外环的直径与窑尾除尘器11的内径相匹配，该圆环隔板11a内环的直径 大于所述实心圆隔板11b的直径，且实心圆隔板11b与圆环隔板11a同轴心设 置。烟气经增湿塔9的增湿可以提高粉尘的除去滤，而窑尾除尘器12中依次交 替设有圆环隔板11a和实心圆隔板11b，烟气中的粉尘在窑尾除尘器11中与圆 环隔板11a和实心圆隔板11b进行迂回碰撞，大大降低了烟气中粉尘的排放量。
在另外一个实施例中，所述窑尾除尘器11包括至少两个圆环隔板11a和至 少两个实心圆隔板11b。设置多个圆环隔板11a和实心圆隔板11b可最大限度的 除去烟气中的粉尘，使排放到大气中的烟气满足排放标准。
在另外一个实施例中，所述窑尾除尘器11沿烟气流动方向的尾部设有至少 一层湿海绵11c。湿海绵11c不仅可吸附粒径较小的粉尘，而且可以吸收氨气， 进一步降低了氨逃逸的机会，保护了环境。
在另外一个实施例中，所述还原塔12的出口和分解炉3顶部的连接管道上 设有风机18。设置风机18可加速烟气从还原塔12进入分解炉3的速率，提高 了生产效率和产量。
在另外一个实施例中，所述煤粉燃烧器14的个数为至少两个，且煤粉燃烧 器14均布于分解炉3底部的圆周上。分解炉3的底部设置多个煤粉燃烧器14， 可增加分解炉3底部的脱硝效率。
在另外一个实施例中，所述窑尾除尘器11和所述烟囱13之间的管道上设 有NOx检测仪19和烟气氨逃逸检测仪20。NOx检测仪19和烟气氨逃逸检测仪20 可随时监控烟气中氨气和NOx的排放浓度，信息及时反馈，以确保氨水的喷淋量 控制在一定的摩尔比范围内，既避免二次污染，又使水泥回转窑1烟气达到国 家规定的排放标准。
一种高效快速降低回转窑氮氧化合物的方法，包括如下步骤：
a、在烟室和分解炉之间建立还原燃烧区；
b、在分解炉底部输入三次风；
c、将C4旋风筒内的生料一部分输入还原燃烧区；
d、将煤粉以一定的旋流角度送入还原燃烧区；
e、对还原燃烧区反应后的气体进行氨水脱硝；
f、对氨水脱硝后的气体进行除尘后排放。
在其中一个实施例中，还包括如下步骤：检测排放的气体中氨气和NOx的排 放浓度，并根据检测结果控制氨水脱硝中氨水的喷洒量。
以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细， 但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域 的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和 改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种高效快速降低回转窑氮氧化合物的装置，其特征在于，包括设于回转窑尾部的烟室、设于烟室顶部的分解炉、C1旋风筒、C2旋风筒、C3旋风筒、C4旋风筒、C5旋风筒、增湿塔、除尘过滤器、窑尾除尘器和还原塔；
所述分解炉的出烟口与所述C5旋风筒的上升烟道连接，C5旋风筒与所述C4旋风筒的上升烟道连接，C4旋风筒与所述C3旋风筒的上升烟道连接，C3旋风筒与所述C2旋风筒的上升烟道连接，C2旋风筒与所述C1旋风筒的上升烟道连接，C1级旋风筒与所述增湿塔连接，增湿塔与所述窑尾除尘器连接，且窑尾除尘器的出口连接有烟囱；
所述C5旋风筒的下料管与所述烟室连接，所述C4旋风筒包括第一下料管和第二下料管，所述分解炉的底部设有第一生料入口和第二生料入口，所述第一下料管与所述第一生料入口连接，所述第二下料管与所述第二生料入口连接，且第一生料入口的位置高于第二生料入口的位置，所述分解炉的底部设有煤粉燃烧器，且煤粉燃烧器的位置低于第二生料入口的位置，该分解炉的底部还设有三次风进风口，且三次风进风口的位置与第二生料入口的位置高度相等；
所述除尘过滤器设于C1旋风筒和还原塔之间，且除尘过滤器底部和还原塔的底部均设有到分解炉的粉尘输送管道，该还原塔顶部和分解炉的顶部均设有氨水喷嘴，且还原塔的出口与分解炉的顶部连接。
2.根据权利要求1所述的高效快速降低回转窑氮氧化合物的装置，其特征在于，所述窑尾除尘器为桶状，该窑尾除尘器内沿烟气的流动方向上依次交替设有圆环隔板和实心圆隔板，且所述圆环隔板外环的直径与窑尾除尘器的内径相匹配，该圆环隔板内环的直径大于所述实心圆隔板的直径，且实心圆隔板与圆环隔板同轴心设置。
3.根据权利要求2所述的高效快速降低回转窑氮氧化合物的装置，其特征在于，所述窑尾除尘器包括至少两个圆环隔板和至少两个实心圆隔板。
4.根据权利要求3所述的高效快速降低回转窑氮氧化合物的装置，其特征在于，所述窑尾除尘器沿烟气流动方向的尾部设有至少一层湿海绵。
5.根据权利要求1所述的高效快速降低回转窑氮氧化合物的装置，其特征在于，所述还原塔的出口和分解炉顶部的连接管道上设有风机。
6.权利权利要求1所述的高效快速降低回转窑氮氧化合物的装置，其特征在于，所述煤粉燃烧器的个数为至少两个，且煤粉燃烧器均布于分解炉底部的圆周上。
7.根据权利要求1所述的高效快速降低回转窑氮氧化合物的装置，其特征在于，所述窑尾除尘器和所述烟囱之间的管道上设有NOx检测仪和烟气氨逃逸检测仪。
8.一种高效快速降低回转窑氮氧化合物的方法，其特征在于，包括如下步骤：
a、在烟室和分解炉之间建立还原燃烧区；
b、在分解炉底部输入三次风；
c、将C4旋风筒内的生料一部分输入还原燃烧区；
d、将煤粉以一定的旋流角度送入还原燃烧区；
e、对还原燃烧区反应后的气体进行氨水脱硝；
f、对氨水脱硝后的气体进行除尘后排放。
9.根据权利要求8所述的高效快速降低回转窑氮氧化合物的方法，其特征在于，还包括如下步骤：检测排放的气体中氨气和NOx的排放浓度，并根据检测结果控制氨水脱硝中氨水的喷洒量。
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