CN108731491A - 一种降低水泥熟料烧成系统NOx的装置及工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种降低水泥熟料烧成系统NOx的装置及工艺方法。该装置以搅拌罐、称重传感器、管道泵、缓冲罐、螺杆泵、喷枪、回转窑、分解炉、烟室、收尘器、风机为主体，还包括原料流经的管道、第一电动阀门、第二电动阀门、第一搅拌桨、第一液位计、第一放空阀、第二搅拌桨、第二液位计、第二放空阀、安全阀、压力表、流量计。本发明同时公开了一种降低水泥熟料烧成系统NOx的工艺方法，将质量浓度为20%～40%、质量流量为1～3t/h的水煤浆通过喷枪，雾化成液滴连续喷入烟室或分解炉内，在高温缺氧的状态下生成具有化学还原性质的气体，在一定条件下将回转窑和分解炉内产生的NOx转化为无污染的氮气。本发明具有可调可控、可连续操作、水煤浆喷入量大、脱硝效率高、减少SNCR的氨水用量、对烧成系统影响小等优势。
Description
技术领域
本发明涉及一种降低水泥熟料烧成系统NOx的装置及工艺方法，属于环境保护领域。
背景技术
随着GB4915—2013《水泥工业大气污染物排放标准》的实施，要求现有和新建水泥企业的NOx排放限值由原来的800mg/Nm3降到400mg/Nm3(重点地区NOx排放限值为 320mg/Nm3)，因此需要配套烟气脱硝装置。目前，大多数水泥企业采用的是选择性非催化还原法(SNCR脱硝技术)，其脱硝效率60％～80％，NOx排放可以满足现行的排放标准。
在水泥企业中，SNCR还原剂(氨水)消耗量在2.3～4.6kg/t熟料，每吨熟料脱硝成本增加2～5元，企业每年增加生产成本300～800万元，负担较重。且氨水运输、储存过程中，都存在一定的潜在风险，同时氨水的生产过程中也有大量的能耗和污染，水泥厂SNCR的使用加剧了上述能耗和污染。
SCR脱硝技术在电厂中已成熟应用，但在水泥厂中，仅有国外少数生产线在运行。SCR 的脱硝效率高，但是需要安装催化剂，而且催化剂易中毒，使用寿命短，运行成本高，此外 SCR系统占地面积大，工艺复杂，检修和维护比较麻烦。在水泥烧成系统中增加SCR脱硝系统后，系统阻力增大，需校核窑尾高温风机的能力，风机能力不够时还需进行改造。
发明内容
发明目的：针对现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种降低水泥熟料烧成系统 NOx的装置及工艺方法，具有可调可控、可连续操作、水煤浆喷入量大、脱硝效率高、减少 SNCR的氨水用量、对烧成系统影响小的优点。
技术方案：本发明采用以下技术方案予以实现：
一种降低水泥熟料烧成系统NOx的装置，包括搅拌罐、管道泵、缓冲罐、螺杆泵、安全阀、压力表、流量计、喷枪、收尘器、风机和原料流经的管道；所述喷枪安装在烟室的上部筒体或分解炉锥部四周，所述烟室的上端连接分解炉，下端连接回转窑；所述搅拌罐的煤粉进口管道上设有第一电动阀门，水进口管道上设有第二电动阀门，所述搅拌罐的罐体外壁面设有称重传感器，罐体内设有第一搅拌桨；所述管道泵的一端连接搅拌罐，另一端连接缓冲罐；所述缓冲罐的罐体内设有第二搅拌桨；所述收尘器的气体进口并联两个支路，分别连接搅拌罐气体出口和缓冲罐气体出口，收尘器的气体出口连接所述风机；所述缓冲罐的水煤浆出口连接螺杆泵的进口，所述螺杆泵的出口并联两个支路，分别连接安全阀进口和压力表的一端，所述安全阀的出口连接缓冲罐，所述压力表的另一端连接流量计，所述流量计的出口与喷枪的进口相连。
作为优选，所述喷枪为多组，均布在烟室上部筒体或分解炉锥部四周。
作为优选，所述收尘器的物料出口连接搅拌罐或缓冲罐的物料进口。
作为优选，所述搅拌罐和缓冲罐上分别设有放空阀和液位计。
在具体实施时，所述搅拌罐的煤粉进口管道通入的可以是单相的煤粉粉体或气和煤粉的混合流体。
本发明另一方面提供的一种降低水泥熟料烧成系统NOx的工艺方法，将单相的煤粉粉体或气和煤粉的混合流体送入所述装置中的搅拌罐，经搅拌罐、管道泵、缓冲罐、螺杆泵、压力表和流量计得到质量浓度为20％～40％、质量流量为1～3t/h的水煤浆，将水煤浆通过喷枪，雾化成液滴连续喷入烟室或分解炉内，在高温缺氧的状态下生成具有化学还原性质的CO和 H2，将回转窑和分解炉内产生的NOx转化为无污染的氮气。
作为优选，进入搅拌罐的煤粉和水分别通过第一、第二电动阀门在线控制和调节。
作为优选，所述螺杆泵采用变频器控制水煤浆流量，螺杆泵出口压力0.1～4MPa。
作为优选，所述喷枪采用单流体形式或双流体雾化，水煤浆雾化成直径为10～60微米的液滴。
作为优选，所述喷枪入口压力为0.1～2MPa。
反应原理：本发明水煤浆主要燃烧反应方程式如下：
①C(固)+H2O(气)→CO(气)+H2(气)
②2C(固)+O2(气)→2CO(气)
③C(固)+CO2(气)→2CO(气)
④2H2(气)+O2(气)→2H2O(气)
⑤2CO(气)+O2(气)→2CO2(气)
水煤浆脱硝主要反应方程式如下：
⑥4CO(气)+2NO2(气)→N2(气)+4CO2(气)
⑦4H2(气)+2NO2(气)→N2(气)+4H2O(气)
⑧2CO(气)+2NO(气)→N2(气)+2CO2(气)
⑨2H2(气)+2NO(气)→N2(气)+2H2O(气)
有益效果：与现有技术相比，本发明具备如下优点：
(1)绝大多数水泥企业都是以煤为燃料，为水泥熟料烧成系统提供热量，因此利用现有的煤磨粉磨系统，既可以是单相的煤粉粉体，也可以是气固两相的流体，来制取水煤浆，无需新增单棒磨或球磨机等湿法制浆系统，有效节约投资成本，减小占地面积。
(2)煤粉如果以气固两相流的方式进入搅拌罐，则罐内呈正压状态，通过风机将搅拌罐内的气体抽吸后，加速了煤粉在搅拌罐内的溶解，提高了水煤浆制取速率，保证了制浆系统的连续稳定操作。
(3)系统采用电动阀门进料，可控制进料量，调节制浆速率；制浆完成后，利用管道泵迅速将水煤浆泵送至缓冲罐储存，便于搅拌罐继续制浆；螺杆泵采用变频泵调节，控制水煤浆的喷入量。上述措施能有效的保证系统可控可调、连续操作。
(4)在窑尾烟室内，喷入的水煤浆溶液首先进行水分的蒸发，该过程需要吸收热量，一定程度上降低窑尾燃烧器的火焰温度，抑制热力型NOx的产生。
(5)水煤浆中水分的蒸发吸收热量，降低分解炉底部锥体和烟室的温度，减少结皮的风险。
(6)水煤浆中水分蒸发后，挥发分开始析出，焦炭燃烧，部分碳元素与水蒸气发生化学反应①②③，生成具有化学还原性质的气体CO和H2，这些气体能在一定条件下与烟气中的 NOx发生反应⑥⑦⑧⑨，将NOx转化为无污染的N2。
(7)分解炉内的煤粉为无焰燃烧，无火焰控制要求，喷枪均布在烟室的上部筒体或分解炉锥部四周，水煤浆对燃烧的影响较小，喷入水煤浆的质量流量大，不会影响回转窑的正常运行。喷入的水煤浆不仅能降低回转窑产生的NOx，还能降低分解炉产生的NOx，脱硝效率高。
附图说明
图1为本发明实施例提供一种降低水泥熟料烧成系统NOx的装置结构示意图；
图中：1第一电动阀门，2第二电动阀门，3第一搅拌桨，4称重传感器，5搅拌罐，6第一放空阀，7第一液位计，8管道泵，9缓冲罐，10第二液位计，11第二放空阀，12第二搅拌桨，13螺杆泵，14安全阀，15压力表，16流量计，17喷枪，18烟室，19回转窑，20分解炉，21风机，22收尘器。
具体实施方式
现结合附图1和具体实施例对本发明做进一步阐述。
如图1所示，本发明实施例公开的一种降低水泥熟料烧成系统NOx的装置，以搅拌罐5、称重传感器4、管道泵8、缓冲罐9、螺杆泵13、喷枪17、回转窑19、分解炉20、烟室18、收尘器22、风机21为主体，还包括原料流经的管道、第一电动阀门1、第二电动阀门2、第一搅拌桨3、第一液位计7、第一放空阀6、第二搅拌桨12、第二液位计10、第二放空阀11、安全阀14、压力表15、流量计16。第一电动阀门1设在搅拌罐5煤粉进口管道上，一端连接煤粉，另一端连接搅拌罐5，第二电动阀门2设在搅拌罐5的水进口管道上，一端连接水，另一端连接搅拌罐5；通过电动阀门在线控制和调节进入搅拌罐5的煤粉和水。搅拌罐5的罐体外壁面与称重传感器4连接，搅拌罐5内的水和煤粉的重量通过称重传感器4计量得到。管道泵8的一端连接搅拌罐5，另一端连接缓冲罐9，搅拌罐5上设有第一搅拌桨3、第一放空阀6、第一液位计7，缓冲罐9上设有第二搅拌桨12、第二放空阀11、第二液位计10。收尘器22气体进口并联两个支路，分别连接搅拌罐5气体出口和缓冲罐9气体出口，收尘器 22气体出口连接风机21进口，收尘器22物料出口连接缓冲罐9物料进口。缓冲罐9出口连接螺杆泵13的进口，螺杆泵13的出口并联两个支路，分别连接安全阀14进口和压力表15 的一端，安全阀14的出口连接缓冲罐9，压力表15的另一端连接流量计16。流量计16的出口与喷枪17进口相连，喷枪17安装在烟室18的上部筒体或分解炉20锥部四周。烟室18的上端连接分解炉20，下端连接回转窑19。通常可在烟室18上部筒体或分解炉20锥部四周均布1～4组喷枪17。螺杆泵13采用变频器控制水煤浆流量，螺杆泵13出口压力1～4MPa。喷枪17可视情况采用单流体形式或双流体雾化，入口压力为0.1～2MPa。
本实施例的装置使用的煤粉是经过煤磨粉磨之后出磨的合格产品，既可以是单相的煤粉粉体，也可以是气和煤粉的混合流体。煤粉通过第一电动阀门1进入搅拌罐5，水通过第二电动阀门2进入搅拌罐5，在常温常压下连续在搅拌罐5内利用第一搅拌桨3搅拌30～60min，制得煤粉质量浓度满足要求的水煤浆溶液，通过管道泵8将搅拌罐5内的水煤浆溶液泵送至缓冲罐9，经过螺杆泵13加压，流量计16计量流量，将水煤浆溶液输送至喷枪17，喷枪17 布置在水泥熟料烧成系统连通回转窑19与分解炉20的窑尾烟室18上部筒体或分解炉20锥部，水煤浆溶液通过喷枪17雾化成液滴喷入烟室18或分解炉20内，实现脱硝。
本发明实施例公开的一种使用上述装置的降低水泥熟料烧成系统NOx的工艺方法，将质量浓度为20％～40％、质量流量为1～3t/h的水煤浆通过布置在窑尾烟室上部筒体或分解炉锥部四周的喷枪，雾化成直径为10～60微米液滴连续喷入烟室或分解炉内，在高温缺氧的状态下发生一系列的化学反应，生成具有化学还原性质的气体，这些气体能在一定条件下将NOx 转化为无污染的N2。
实施例1
煤粉通过第一电动阀门1进入搅拌罐5，水通过第二电动阀门2进入搅拌罐5，在常温常压下连续在搅拌罐5内利用第一搅拌桨3搅拌30～60min，制得煤粉质量浓度为20％的水煤浆溶液，通过管道泵8将搅拌罐5内的水煤浆溶液泵送至缓冲罐9，经过螺杆泵13加压，螺杆泵13出口压力0.5MPa，流量计16计量流量，水煤浆质量流量1t/h，将水煤浆溶液输送至喷枪17，水煤浆溶液通过喷枪17雾化成液滴喷入烟室18内，总运行时间60min，窑尾C1 出口NOx排放值由喷入前的920mg/Nm3将至833mg/Nm3。
实施例2
煤粉通过第一电动阀门1进入搅拌罐5，水通过第二电动阀门2进入搅拌罐5，在常温常压下连续在搅拌罐5内利用第一搅拌桨3搅拌30～60min，制得煤粉质量浓度为20％的水煤浆溶液，通过管道泵8将搅拌罐5内的水煤浆溶液泵送至缓冲罐9，经过螺杆泵13加压，螺杆泵13出口压力1.8MPa，流量计16计量流量，水煤浆质量流量2t/h，将水煤浆溶液输送至喷枪17，水煤浆溶液通过喷枪17雾化成液滴喷入烟室18内，总运行时间60min，窑尾C1 出口NOx排放值由喷入前的920mg/Nm3将至784mg/Nm3。
实施例3
煤粉通过第一电动阀门1进入搅拌罐5，水通过第二电动阀门2进入搅拌罐5，在常温常压下连续在搅拌罐5内利用第一搅拌桨3搅拌30～60min，制得煤粉质量浓度为20％的水煤浆溶液，通过管道泵8将搅拌罐5内的水煤浆溶液泵送至缓冲罐9，经过螺杆泵13加压，螺杆泵13出口压力3.4MPa，流量计16计量流量，水煤浆质量流量3t/h，将水煤浆溶液输送至喷枪17，水煤浆溶液通过喷枪17雾化成液滴喷入烟室18内，总运行时间60min，窑尾C1 出口NOx排放值由喷入前的920mg/Nm3将至721mg/Nm3。
实施例4
煤粉通过第一电动阀门1进入搅拌罐5，水通过第二电动阀门2进入搅拌罐5，在常温常压下连续在搅拌罐5内利用第一搅拌桨3搅拌30～60min，制得煤粉质量浓度为40％的水煤浆溶液，通过管道泵8将搅拌罐5内的水煤浆溶液泵送至缓冲罐9，经过螺杆泵13加压，螺杆泵13出口压力0.6MPa，流量计16计量流量，水煤浆质量流量1t/h，将水煤浆溶液输送至喷枪17，水煤浆溶液通过喷枪17雾化成液滴喷入烟室18内，总运行时间60min，窑尾C1 出口NOx排放值由喷入前的864mg/Nm3将至739mg/Nm3。
实施例5
煤粉通过第一电动阀门1进入搅拌罐5，水通过第二电动阀门2进入搅拌罐5，在常温常压下连续在搅拌罐5内利用第一搅拌桨3搅拌30～60min，制得煤粉质量浓度为40％的水煤浆溶液，通过管道泵8将搅拌罐5内的水煤浆溶液泵送至缓冲罐9，经过螺杆泵13加压，螺杆泵13出口压力1.9MPa，流量计16计量流量，水煤浆质量流量2t/h，将水煤浆溶液输送至喷枪17，水煤浆溶液通过喷枪17雾化成液滴喷入烟室18内，总运行时间60min，窑尾C1 出口NOx排放值由喷入前的864mg/Nm3将至687mg/Nm3。
实施例6
煤粉通过第一电动阀门1进入搅拌罐5，水通过第二电动阀门2进入搅拌罐5，在常温常压下连续在搅拌罐5内利用第一搅拌桨3搅拌30～60min，制得煤粉质量浓度为40％的水煤浆溶液，通过管道泵8将搅拌罐5内的水煤浆溶液泵送至缓冲罐9，经过螺杆泵13加压，螺杆泵13出口压力3.5MPa，流量计16计量流量，水煤浆质量流量3t/h，将水煤浆溶液输送至喷枪17，水煤浆溶液通过喷枪17雾化成液滴喷入烟室18内，总运行时间60min，窑尾C1 出口NOx排放值由喷入前的864mg/Nm3将至585mg/Nm3。
Claims (10)
1.一种降低水泥熟料烧成系统NOx的装置，其特征在于，包括搅拌罐、管道泵、缓冲罐、螺杆泵、安全阀、压力表、流量计、喷枪、收尘器、风机和原料流经的管道；所述喷枪安装在烟室的上部筒体或分解炉锥部四周，所述烟室的上端连接分解炉，下端连接回转窑；所述搅拌罐的煤粉进口管道上设有第一电动阀门，水进口管道上设有第二电动阀门，所述搅拌罐的罐体外壁面设有称重传感器，罐体内设有第一搅拌桨；所述管道泵的一端连接搅拌罐，另一端连接缓冲罐；所述缓冲罐的罐体内设有第二搅拌桨；所述收尘器的气体进口并联两个支路，分别连接搅拌罐气体出口和缓冲罐气体出口，收尘器的气体出口连接所述风机；所述缓冲罐的水煤浆出口连接螺杆泵的进口，所述螺杆泵的出口并联两个支路，分别连接安全阀进口和压力表的一端，所述安全阀的出口连接缓冲罐，所述压力表的另一端连接流量计，所述流量计的出口与喷枪的进口相连。
2.根据权利要求1所述的一种降低水泥熟料烧成系统NOx的装置，其特征在于，所述喷枪为多组，均布在烟室上部筒体或分解炉锥部四周。
3.根据权利要求1所述的一种降低水泥熟料烧成系统NOx的装置，其特征在于，所述收尘器的物料出口连接搅拌罐或缓冲罐的物料进口。
4.根据权利要求1所述的一种降低水泥熟料烧成系统NOx的装置，其特征在于，所述搅拌罐和缓冲罐上分别设有放空阀和液位计。
5.根据权利要求1所述的一种降低水泥熟料烧成系统NOx的装置，其特征在于，所述搅拌罐的煤粉进口管道通入的是单相的煤粉粉体或气和煤粉的混合流体。
6.一种降低水泥熟料烧成系统NOx的工艺方法，其特征在于，将单相的煤粉粉体或气和煤粉的混合流体送入根据权利要求1-5任一项所述装置中的搅拌罐，经搅拌罐、管道泵、缓冲罐、螺杆泵、压力表和流量计得到质量浓度为20%～40%、质量流量为1～3t/h的水煤浆，将水煤浆通过喷枪雾化成液滴连续喷入烟室或分解炉内，在高温缺氧的状态下生成具有化学还原性质的CO和H2，将回转窑和分解炉内产生的NOx转化为无污染的氮气。
7.根据权利要求6所述的一种降低水泥熟料烧成系统NOx的工艺方法，其特征在于，进入搅拌罐的煤粉和水分别通过第一、第二电动阀门在线控制和调节。
8.根据权利要求6所述的一种降低水泥熟料烧成系统NOx的工艺方法，其特征在于，所述螺杆泵采用变频器控制水煤浆流量，螺杆泵出口压力0.1～4MPa。
9.根据权利要求6所述的一种降低水泥熟料烧成系统NOx的工艺方法，其特征在于，所述喷枪采用单流体形式或双流体雾化，水煤浆雾化成直径为10~60微米的液滴。
10.根据权利要求6所述的一种降低水泥熟料烧成系统NOx的工艺方法，其特征在于，所述喷枪入口压力为0.1～2MPa。
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