CN109354420A - 一种低NOx清洁燃烧型石灰生产方法、装置及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低NOx清洁燃烧型石灰生产方法、装置及其控制方法，所述生产方法包括：将煅烧生石灰所需要的助燃风分为一次风、再燃风和燃尽风；将一次风从主燃料输入部位的上游输入，使主燃料输入部位所对应的区域形成煅烧生石灰的主燃区；将再燃风输入再燃燃料输入部位所对应的区域，形成位于主燃区下游的再燃区；将燃尽风从再燃燃料输入部位的下游输入，在所述再燃区的下游形成燃尽区，同时将燃料由原来的单位置一次喷入改为上下双位置多次喷入，进一步强化了燃料分级。该石灰生产方法、生产装置及控制方法，通过偏离空燃比当量，可以在NOx产生源头上进行燃烧过程控制以降低NOx含量，解决了石灰生产过程中NOx排放量过高的问题。

Description

一种低NOx清洁燃烧型石灰生产方法、装置及其控制方法
技术领域
本发明涉及冶金化工行业的石灰生产设备，特别是NOx排放浓度低的清洁燃烧型石灰生产方法和生产装置。本发明还涉及所述石灰生产装置的控制方法。
背景技术
在冶金化工行业，一般所称的石灰指的是生石灰(CaO)，生石灰是由石灰石(主要成分CaCO3)在石灰窑内经过950℃～1100℃高温煅烧释放出CO2后生成。石灰是冶金行业中的重要辅助原料，在炼铁原料烧结、炼铁还原过程、铁水预处理过程及炉外精炼过程中，石灰作为添加剂，起到脱磷、脱硫的作用，其质量的好坏对钢材性能的影响至关重要。
请参考图1，图1为一种典型的双膛石灰窑系统的结构示意图，图中箭头所示为气流方向。
如图所示，以双膛石灰窑(全称麦尔兹并流蓄热式双膛石灰窑)为例，这种石灰窑具有两个窑膛，两个窑膛交替轮流煅烧和预热矿石，在两个窑膛的煅烧带3底部之间设有连接通道6彼此连通，约每隔15分钟换向一次以变换窑膛的工作状态。
在操作时，两个窑膛交替装入矿石，矿石依次经过预热带2、煅烧带3和冷却带4，完成预热、煅烧和冷却过程，石灰石被完全分解成生石灰，最后从窑底排料机构排出。
燃料分别由两个窑膛的上部送入，通过设在预热带2底部的多支喷枪7使燃料均匀地分布在整个窑膛的断面上，使原料矿石得到均匀的煅烧。双膛石灰窑使用的是流体燃料，如煤气、油、煤粉等均可。
助燃空气用助燃风机11通过助燃风管路12从窑的上部送入，助燃空气在与燃料混合前在预热带2先被矿石预热(矿石在加入后处于未煅烧的炉膛内，会被煅烧的炉膛所排出的烟气加热，见下文)，然后煅烧火焰气流通过煅烧带3与矿石并流，使矿石得到煅烧。
煅烧后的废气通过连接两个窑膛的连接通道6沿着另一窑膛的预热带向窑顶排出，在排出的过程中对此窑膛的新加矿石进行预热，以充分回收烟气热量。最终，烟气通过排烟管路9由排烟风机8排出。
冷却风用冷却风机14通过冷却风管路13从冷却风帽5通入窑膛底部，对经过煅烧后的高温生石灰进行逆流换热冷却，经过换热后的冷却风与煅烧后的废气合并后通过连接通道6沿着另一窑膛的预热带向窑顶排出。
两个窑膛共用一套助燃风机11和排烟风机8及其管路系统，窑膛工作状态的切换引起的助燃空气和烟气流向的变换通过两个三通阀10进行换向控制。
在石灰生产工艺中，石灰石受热分解释放出CO2，此反应属于吸热反应，煅烧过程需要燃烧系统提供大量的热量。石灰窑可以以煤粉为燃料，也可以使用气体燃料，但无论使用何种燃料，均要满足窑内煅烧带950℃～1100℃的煅烧温度，否则会造成石灰石分解速度过慢或者产生过烧现象。高温燃烧会产生大量的NOx，在空气中经氧化后形成酸雨，不但危及人体健康，对环境、森林、建筑均有巨大的破坏作用。
据测量，近年某新建双膛石灰窑烟气出口处的NOx浓度平均可达130mg/m3，瞬时浓度超过160mg/m3，虽然目前的NOx排放浓度能够满足当前国家标准的排放要求，但是随着国家环保要求越来越严格，石灰窑NOx排放标准的收紧将势在必行(最新发布的工业炉窑NOx排放标准已降至100mg/m3)。因此，如何进一步降低石灰窑的NOx排放成为亟待解决的技术问题。
目前，降低石灰窑NOx排放的手段主要是在窑体高温区喷氨进行脱硝或者对尾端烟气进行集中脱硝。如CN106237821A公开的一种针对套筒石灰窑、双膛石灰窑和梁式窑的脱硝系统，其通过脱硝喷枪从石灰窑煅烧带、冷却风入口、中间连接通道和烟气出口向窑内喷入脱硝剂达到脱硝的目的。又如CN206454483U公开的一种针对回转石灰窑的回转式脱硝系统，其原理也是通过压缩空气向窑内喷入氨水作为脱硝剂达到脱硝目的。再如专利99114940.8提出了一种采用变压吸附原理进行脱除NOx和SOx的方法，该方法针对含有NOx的烟气，设置有至少两个装填吸附剂的吸附床循环系统，各吸附床依次进行吸附、逆向放压、加热冲洗、冷吹、充压，循环工作，达到脱除NOx的目的。
由此可见，现有石灰窑脱硝技术均是采用向窑内或尾部烟道进行喷氨或者对尾部烟气进行变压吸附进行脱硝，属于尾部治理的范围，并没有从NOx产生的源头上进行控制，存在投资大、运行成本高、维护工作量大、脱硝效率低等缺点。
发明内容
本发明的目的是提供一种低NOx清洁燃烧型石灰生产方法和生产装置。该石灰生产方法和生产装置可以在NOx产生源头上进行燃烧过程控制以降低NOx含量，解决了石灰生产过程中NOx排放量过高的问题，以及采取后续脱硝工艺所存在的各种缺点。
本发明的另一目的是提供一种用于控制所述低NOx清洁燃烧型石灰生产装置的控制方法。
为实现上述目的，本发明提供一种低NOx清洁燃烧型石灰生产方法，包括：将燃料分上下位置输入，上部为主燃料输入部位，下部为再燃燃料输入部位，将煅烧生石灰所需要的助燃风分为一次风、再燃风和燃尽风；其中，一次风从主燃料输入部位的上游输入，使主燃料输入部位所对应的区域形成煅烧生石灰的主燃区；再燃风输入再燃燃料输入部位所对应的区域，形成位于主燃区下游的再燃区；燃尽风从再燃燃料输入部位的下游输入，在所述再燃区的下游形成燃尽区。
为实现上述目的，本发明提供一种低NOx清洁燃烧型石灰生产装置，包括设有窑膛的石灰窑本体，所述窑膛具有煅烧带并设有向所述煅烧带输入燃料以进行煅烧的燃烧器，所述石灰窑本体设有助燃风管路；所述燃烧器包括主燃烧器和再燃烧器，所述助燃风管路包括一次风管路、再燃风管路和燃尽风管路；所述一次风管路从所述主燃烧器的上游输入一次风，所述主燃烧器的燃料输出端所对应的区域形成主燃区；所述再燃风管路向所述再燃烧器的燃料输出端所对应的区域输入再燃风，形成位于主燃区下游的再燃区；所述燃尽风管路从所述再燃烧器的下游输入燃尽风，在所述再燃区的下游形成燃尽区。
优选地，具体为双膛石灰窑，包括第一石灰窑本体和第二石灰窑本体；所述第一石灰窑本体设有第一一次风管路、第一再燃风管路和第一燃尽风管路，所述第二石灰窑本体设有第二一次风管路、第二再燃风管路和第二燃尽风管路。
优选地，进一步包括第一三通阀和第二三通阀；所述助燃风管路的主风路分成两路后分别连通所述第一三通阀和第二三通阀的第一端；所述第一三通阀的第二端分为第一一次风管路、第一再燃风管路和第一燃尽风管路，所述第二三通阀的第二端分为所述第二一次风管路、第二再燃风管路和第二燃尽风管路；所述第一三通阀和第二三通阀的第三端合并于排烟管路。
优选地，所述第一一次风管路和第二一次风管路分别设有一次风调节阀，所述第一再燃风管路和第二再燃风管路分别设有再燃风调节阀，所述第一燃尽风管路和第二燃尽风管路分别设有燃尽风调节阀。
优选地，进一步包括喷氨系统，所述喷氨系统的喷氨点设于所述第一石灰窑本体和第二石灰窑本体的烟气连接通道。
优选地，所述主燃烧器和再燃燃烧器为能够向所述煅烧带喷入燃料的喷枪。
优选地，所述主燃区设有煅烧带测温元件；所述石灰窑本体设有排烟管路，所述排烟管路设有烟气NOx浓度检测元件。
优选地，所述一次风管路从所述石灰窑本体的窑顶向内输入一次风，所述再燃风管路和燃尽风管路从所述石灰窑本体的侧壁向内输入再燃风和燃尽风。
优选地，所述主燃区的过量空气系数大于0.7且小于1，所述再燃区的过量空气系数大于1且小于1.3。
为实现上述另一目的，本发明提供一种用于对上述任一项所述的低NOx清洁燃烧型石灰生产装置进行控制的控制方法，包括：
检测烟气中的NOx浓度；
判断NOx浓度是否超标，若没有超标，则返回上一步；若超标，则进入下一步；
采集煅烧带的温度数据T，并判断是否超温，若超温，则降低主燃区燃料比r1，增加再燃区燃料比r2。
进一步地，若煅烧带的温度没有超温，则进一步根据设定时间内的烟气NOx浓度值计算出NOx平均值，判断NOx平均值是否超标；若没有超标，则返回继续检测烟气中的NOx浓度，若超标，则降低主燃区燃料比r1，增加再燃区燃料比r2。
进一步地，在降低主燃区燃料比r1，增加再燃区燃料比r2的同时，根据r1和r2的变化调节相应的主燃区空气流量Q1、再燃区空气流量Q2和燃尽区空气流量Q3，保持主燃区空气系数λ1、再燃区空气系数λ2和总空气系数λ不变。
进一步地，设输入炉膛总燃料量为R，则主燃区空气流量Q1、再燃区空气流量Q2和燃尽区空气流量Q3可以按式(1)～式(3)计算：
Q1＝R×r1×λ1 (1)
Q2＝R×r2×λ2 (2)
Q3＝R×λ-Q1-Q2 (3)
进一步地，在对主燃区燃料比r1、再燃区燃料比r2进行调节之后，间隔设定时间，再次根据NOx浓度值判断是否超标；若没有超标，返回继续检测烟气中NOx浓度，若超标，则进一步降低主燃区燃料比r1，增加再燃区燃料比r2。
进一步地，还包括：在对主燃区燃料比r1、再燃区燃料比r2进行调节之前，判断主燃区燃料比r1是否已达到主燃区燃料比下限值rmin，若r1没有达到下限值rmin，则降低主燃区燃料比r1，增加再燃区燃料比r2；若r1已经达到下限值rmin，则采取辅助脱硝工艺，直至烟气中NOx浓度达标。
进一步地，所述辅助脱硝工艺包括采用喷氨装置在喷氨点向烟气中喷氨。
通常来讲，在石灰窑煅烧带，炉膛温度高达950℃～1100℃，瞬时温度甚至能超过1100℃，在此温度条件下，无论使用何种燃料，均会产生大量的NOx。对此，本发明基于工业炉窑燃烧过程NOx生成及控制机理，设计了全新的石灰生产方法、生产装置与控制方法，在石灰窑内NOx产生源头上进行燃烧过程控制以降低NOx含量，提出了石灰窑空气分级燃烧方案和燃料再燃方案，其原理是先将大部分的燃料送入主燃区，在过量空气系数小于1(例如大于0.7且小于1)的条件下燃烧，其余燃料作为还原剂在燃烧器下游的位置喷入形成再燃区。再燃区过量空气系数大于1(例如大于1且小于1.3)，属于还原气氛，因而能够使已生成的NOx被富余燃料还原，同时还抑制了新的NOx的生成。再燃区下游再布置燃尽风以形成燃尽区，保证再燃区出口未完全燃烧产物燃尽。可见，本发明通过使燃烧偏离空燃比当量，很好的解决了石灰生产过程中NOx排放量过高的问题，以及采取后续脱硝工艺所存在的工艺投资和运行成太高等各种缺点。
附图说明
图1为一种典型的双膛石灰窑系统的结构示意图；
图2为本发明实施例公开的一种双膛石灰窑系统的结构示意图；
图3为本发明实施例公开的一种双膛石灰窑系统的控制方法的流程图。
图中：
1.双膛石灰窑本体 2.预热带 3.煅烧带 4.冷却带 5.冷却风帽 6.烟气连接通道7.主燃料喷枪 8.排烟风机 9.排烟管路 10.三通阀 11.助燃风机 12.助燃风管路 13.冷却风管路 14.冷却风机 15.燃尽风管路 16.燃尽风调节阀 17.一次风调节阀 18.喷氨点19.煅烧带测温点 20.烟气NOx浓度检测点 21.再燃燃料喷枪 22.再燃风管路 23.再燃风调节阀
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
在本文中，“上、下、内、外”等用语是基于附图所示的位置关系而确立的，根据附图的不同，相应的位置关系也有可能随之发生变化，因此，并不能将其理解为对保护范围的绝对限定；而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
石灰石的主要成分为CaO，在煅烧过程中会和SOx结合生成CaSOx，即钙法脱硫，所以整个石灰窑就相当于一个脱硫系统，故尾气中近似没有SOx，主要污染物为NOx，根据生成机理的不同，NOx可以分为燃料型、热力型和快速型三种：
第一种为燃料型：燃料中氮化合物在燃烧过程中热分解而又接着氧化而成的NOx。
第二种为热力型：燃烧时空气中氮气在高温下氧化而生成的NOx，工业炉窑主要为该类NOx。
第三种为快速型：燃烧时空气中的氮和燃料中的碳氢离子团如CH反应生成的NOx。
如上，石灰窑生产时，主要为热力型NOx，而热力型NOx的产生条件为空气、燃料和高温。对此，本发明提出浓淡燃烧，使其一部分在空气多燃料少的地方燃烧，另一部分在空气少燃料多的地方燃烧，偏离空煤正常当量比，从而减少NOx产生量。
请参考图2，图2为本发明实施例公开的一种双膛石灰窑系统的结构示意图，图中箭头所示为气流方向。
如图所示，在一种具体实施方式中，本发明所提供的低NOx清洁燃烧型石灰生产装置为双膛石灰窑，其石灰窑本体具有第一石灰窑本体和第二石灰窑本体，第一石灰窑本体和第二石灰窑本体竖向且并排布置，其基本工作原理参见背景技术部分的描述。由于第一石灰窑本体和第二石灰窑本体在结构上呈左右对称的关系，因此，下面将主要以第一石灰窑本体对其改进之后的结构进行说明。
第一石灰窑本体的窑膛具有煅烧带，并设有向煅烧带输入煤气、燃油或煤粉等燃料以进行煅烧的主燃料喷枪7和再燃燃料喷枪21，再燃燃料喷枪21与主燃料喷枪7交错分布，且再燃燃料喷枪21的位置低于主燃料喷枪7；第一石灰窑本体设有助燃风管路12，助燃风管路12分为一次风管路、再燃风管路22和燃尽风管路15，其中，一次风管路从石灰窑本体的窑顶向内输入助燃风，也就是从主燃料喷枪7的上游输入一次风，使主燃料喷枪7的燃料输出端所对应的区域形成主燃区；再燃风管路22从石灰窑本体的侧壁向再燃燃料喷枪21的燃料输出端所对应的区域输入再燃风，形成位于主燃区下游的再燃区；燃尽风管路15从石灰窑本体的侧壁向内输入燃尽风，也就是从再燃燃料喷枪21的下游输入燃尽风，在再燃区的下游形成燃尽区。
具体来讲，第一石灰窑本体设有第一一次风管路、第一再燃风管路和第一燃尽风管路，第二石灰窑本体设有第二一次风管路、第二再燃风管路和第二燃尽风管路。
在进风管路的设计上，采用了两个三通阀10进行控制，分别为第一三通阀和第二三通阀；助燃风管路12的主风路分成两路后分别连通第一三通阀和第二三通阀的第一端；第一三通阀的第二端分为第一一次风管路、第一再燃风管路和第一燃尽风管路，通往第一石灰窑本体；第二三通阀的第二端分为第二一次风管路、第二再燃风管路和第二燃尽风管路，通往第二石灰窑本体；第一三通阀和第二三通阀的第三端合并于排烟管路9。
其中，第一一次风管路和第二一次风管路分别设有一次风调节阀17，第一再燃风管路和第二再燃风管路分别设有再燃风调节阀23，第一燃尽风管路和第二燃尽风管路分别设有燃尽风调节阀16。
第一石灰窑本体和第二石灰窑本体内部在主燃区分别设有煅烧带测温元件，形成煅烧带测温点19，以实时检测主燃区的煅烧温度；第一石灰窑本体和第二石灰窑本体的排烟管路合并为一路，并在合并的排烟管路9上设有烟气NOx浓度检测元件，形成烟气NOx浓度检测点20，以实时检测排放的NOx浓度。
当双膛石灰窑中的一个窑膛处于工作状态时，大部分的燃料通过主燃料喷枪7送入主燃区，此时主燃区过量空气系数小于1，例如大于0.7且小于1，燃料在此区域发生剧烈燃烧并生成NOx。其余燃料通过再燃燃料喷枪21进入主燃区下游的再燃区，再燃区过量空气系大于1，例如大于1且小于1.3属于还原性气氛，主燃区生成的NOx在此区域能够被富余燃料还原，同时还抑制形成新的NOx。
再燃燃料不限于煤粉，也可以是天然气、合成气等其他碳氢类的气体燃料。
与此同时，助燃空气先后通过助燃风机11、助燃风管路12、三通阀10后，分三路进入窑膛内。其中一次风经一次风调节阀17后仍由窑顶进入窑内，一次风在预热带2内经过高温矿石的预热后，与主燃料喷枪7喷出的主燃燃料混合进行燃烧，形成剧烈燃烧的主燃区。第二路再燃风通过再燃风调节阀23、再燃风管路22进入到再燃区，供再燃燃料燃烧。第三路燃尽风通过燃尽风调节阀16、燃尽风管路15进入到再燃区下游的燃尽区，保证再燃区出口未完全燃烧产物燃尽，达到完全燃烧的目的。
当该窑膛切换到排气预热矿石状态时，再燃风调节阀23和燃尽风调节阀16关闭，防止高温烟气通过再燃风管路系统22和燃尽风管路系统15短路进入到排烟管路9，避免浪费高温烟气的余热，同时防止高温烟气损坏再燃风调节阀23和燃尽风调节阀16。
为了保证NOx浓度不超标，可以进一步设置辅助脱硝设备。这里，采用喷氨系统，其喷氨点18设于第一石灰窑本体和第二石灰窑本体的烟气连接通道6，当利用燃料再燃方案仍无法满足NOx排放要求时，可以在喷氨点18喷入氨水，确保双膛石灰窑烟气NOx含量符合环保要求。
请参考图3，图3为本发明实施例公开的一种双膛石灰窑系统的控制方法的流程图。
如图所示，在一种具体实施例中，本发明所提供的用于控制上述双膛石灰窑的控制方法如下：
步骤S1：系统开始运行，烟气NOx浓度检测点20开始实时检测烟气中NOx浓度。
步骤S2：系统判断NOx浓度是否超标。若没有超标，返回步骤S1，系统继续对烟气中NOx浓度进行实时检测；若超标，则进入步骤S3。
步骤S3：系统采集煅烧带测温点19的温度数据T，并判断是否超温。若超温，则转入步骤S5，若没有超温，转入步骤S4。
在烟气中NOx浓度超标的前提下，对煅烧带温度进行检测，是为了避免NOx浓度检测出现瞬时峰值，引起控制系统调控动作过于频繁，只有当烟气中NOx浓度超标且煅烧带温度偏高时，才立即采取调控动作，煅烧带正常温度范围为950℃～1100℃，因此判断煅烧带温度超温的标准可取1100℃。
步骤S4：系统调取烟气NOx浓度检测点20所采集到的最近2分钟烟气NOx浓度值并计算出平均值，判断NOx平均值是否超标。若没有超标，系统认为步骤S2中所采集的烟气NOx浓度数据属于瞬时峰值，则系统返回步骤S1，继续对烟气中NOx浓度进行实时检测，不做调节动作；若超标，进入步骤S5。
此步骤采用烟气NOx浓度平均值作为判断NOx是否超标的标准，是为了防止系统采用烟气NOx瞬时值作为判断标准，出现误判，引起控制系统调控动作过于频繁。
步骤S5：系统降低主燃区燃料比r1，增加再燃区燃料比r2，同时根据r1和r2的变化调节相应的主燃区空气流量Q1、再燃区空气流量Q2和燃尽区空气流量Q3，保持主燃区空气系数λ1、再燃区空气系数λ2和总空气系数λ不变。
根据燃料分级燃烧原理，降低主燃区燃料比r1，增加再燃区燃料比r2能够显著降低燃烧过程中NOx的排放，因此当石灰窑烟气中NOx浓度超标时，可以通过降低主燃区燃料比r1，增加再燃区燃料比r2对NOx排放进行控制调节。
主燃区燃料比r1定义为主燃区燃料热值与输入炉膛总燃料热值之比，再燃区燃料比r2定义为再燃区燃料热值与输入炉膛总燃料热值之比，且r1+r2＝1。
主燃区空气系数λ1、再燃区空气系数λ2和总空气系数λ根据燃料种类而定，一般对煤粉燃料而言可按表1取值，具体取值应由实验确定。
表1煤粉分级燃烧各空气系数取值范围
λ<sub>min</sub> λ<sub>max</sub>
λ<sub>1</sub> 0.9 1.1
λ<sub>2</sub> 0.7 0.95
λ 1.15 1.25
设输入炉膛总燃料量为R，则主燃区空气流量Q1、再燃区空气流量Q2和燃尽区空气流量Q3可以按式(1)～式(3)计算：
Q1＝R×r1×λ1 (1)
Q2＝R×r2×λ2 (2)
Q3＝R×λ-Q1-Q2 (3)
步骤S6：内嵌式计时器计时2分钟后再次读取烟气NOx浓度检测点20所采集的NOx浓度值并判断是否超标。若没有超标，返回步骤S1；若超标，转入步骤S7。
控制系统在调节动作2分钟后读取NOx浓度数据，是为了考虑整个石灰窑系统的滞后性，有利于提高控制系统的控制精度。
步骤S7：系统判断主燃区燃料比r1是否已达到主燃区燃料比下限值rmin。若r1没有达到下限值rmin，则返回步骤S5，继续调节r1和r2；若r1已经达到下限值rmin，则转入步骤S8。
随着主燃区燃料比r1降低，燃烧产生的NOx会显著降低，但随着r1的继续降低，NOx降低的趋势趋于平缓，且煅烧带燃料不完全燃烧程度会急剧加剧，导致主燃区温度偏低。因此，为了在降低NOx排放的同时，还能保证燃料充分燃烧，维持煅烧带温度在950℃～1100℃之间，避免石灰石煅烧时产生夹生现象，主燃区燃料比r1存在一个最优取值范围。
以煤粉分级燃烧为例，主燃区燃料比r1和再燃区燃料比r2可按表2取值。
表2煤粉分级燃烧各燃料比取值范围
r<sub>min</sub> r<sub>max</sub>
r1 0.7 0.9
r2 0.1 0.3
步骤S8：系统在喷氨点18开启喷氨装置，向烟气中喷入氨水，直至烟气中NOx浓度达标。
步骤S9：本次调节动作完毕，系统返回步骤S1，继续实时检测烟气中NOx浓度。
由于在介绍上述生产装置和控制方法的同时，实质上已经对本发明所提供的生产方法进行了说明，因此，对本发明所提供的生产方法就不再单独详述，具体可参见上文。
上述实施例仅是本发明的优选方案，具体并不局限于此，在此基础上可根据实际需要作出具有针对性的调整，从而得到不同的实施方式。例如，在其他具体实施例中，石灰生产装置也可以是单窑形式，或者，一次风不是从顶部而是从石灰窑本体接近顶部的侧面输入窑膛，又或者，再燃风和燃尽风的多个进风口环绕石灰窑本体均匀分布，向窑膛内部输入再燃风和燃尽风，等等。由于可能实现的方式较多，这里就不再一一举例说明。
本发明基于工业炉窑燃烧过程NOx生成及控制机理，设计了全新的石灰生产方法、生产装置与控制方法，在石灰窑内NOx产生源头上进行燃烧过程控制以降低NOx含量，提出了石灰窑空气分级燃烧方案和燃料再燃方案，其原理是先将大部分的燃料送入主燃区，在过量空气系数小于1的条件下燃烧，其余燃料作为还原剂在主燃料喷枪7下游的位置喷入形成再燃区。再燃区过量空气系数大于1，属于还原气氛，因而能够使已生成的NOx被富余燃料还原，同时还抑制了新的NOx的生成，再燃区下游再布置燃尽风以形成燃尽区，保证再燃区出口未完全燃烧产物燃尽，从而很好的解决了石灰生产过程中NOx排放量过高的问题。
以上对本发明所提供的低NOx清洁燃烧型石灰生产方法、装置及其控制方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (17)

1.一种低NOx清洁燃烧型石灰生产方法，包括：将燃料分上下位置输入，上部为主燃料输入部位，下部为再燃燃料输入部位，将煅烧生石灰所需要的助燃风分为一次风、再燃风和燃尽风；其中，一次风从主燃料输入部位的上游输入，使主燃料输入部位所对应的区域形成煅烧生石灰的主燃区；再燃风输入再燃燃料输入部位所对应的区域，形成位于主燃区下游的再燃区；燃尽风从再燃燃料输入部位的下游输入，在所述再燃区的下游形成燃尽区。
2.一种低NOx清洁燃烧型石灰生产装置，包括设有窑膛的石灰窑本体，所述窑膛具有煅烧带并设有向所述煅烧带输入燃料以进行煅烧的燃烧器，所述石灰窑本体设有助燃风管路；其特征在于，所述燃烧器包括主燃烧器和再燃烧器，所述助燃风管路包括一次风管路、再燃风管路和燃尽风管路；所述一次风管路从所述主燃烧器的上游输入一次风，所述主燃烧器的燃料输出端所对应的区域形成主燃区；所述再燃风管路向所述再燃烧器的燃料输出端所对应的区域输入再燃风，形成位于主燃区下游的再燃区；所述燃尽风管路从所述再燃烧器的下游输入燃尽风，在所述再燃区的下游形成燃尽区。
3.根据权利要求2所述的低NOx清洁燃烧型石灰生产装置，其特征在于，具体为双膛石灰窑，包括第一石灰窑本体和第二石灰窑本体；所述第一石灰窑本体设有第一一次风管路、第一再燃风管路和第一燃尽风管路，所述第二石灰窑本体设有第二一次风管路、第二再燃风管路和第二燃尽风管路。
4.根据权利要求3所述的低NOx清洁燃烧型石灰生产装置，其特征在于，进一步包括第一三通阀和第二三通阀；所述助燃风管路的主风路分成两路后分别连通所述第一三通阀和第二三通阀的第一端；所述第一三通阀的第二端分为第一一次风管路、第一再燃风管路和第一燃尽风管路，所述第二三通阀的第二端分为所述第二一次风管路、第二再燃风管路和第二燃尽风管路；所述第一三通阀和第二三通阀的第三端合并于排烟管路。
5.根据权利要求4所述的低NOx清洁燃烧型石灰生产装置，其特征在于，所述第一一次风管路和第二一次风管路分别设有一次风调节阀，所述第一再燃风管路和第二再燃风管路分别设有再燃风调节阀，所述第一燃尽风管路和第二燃尽风管路分别设有燃尽风调节阀。
6.根据权利要求5所述的低NOx清洁燃烧型石灰生产装置，其特征在于，进一步包括喷氨系统，所述喷氨系统的喷氨点设于所述第一石灰窑本体和第二石灰窑本体的烟气连接通道。
7.根据权利要求2至6任一项所述的低NOx清洁燃烧型石灰生产装置，其特征在于，所述主燃烧器和再燃燃烧器为能够向所述煅烧带喷入燃料的喷枪。
8.根据权利要求7所述的低NOx清洁燃烧型石灰生产装置，其特征在于，所述主燃区设有煅烧带测温元件；所述石灰窑本体设有排烟管路，所述排烟管路设有烟气NOx浓度检测元件。
9.根据权利要求8所述的低NOx清洁燃烧型石灰生产装置，其特征在于，所述一次风管路从所述石灰窑本体的窑顶向内输入一次风，所述再燃风管路和燃尽风管路从所述石灰窑本体的侧壁向内输入再燃风和燃尽风。
10.根据权利要求2至6任一项所述的低NOx清洁燃烧型石灰生产装置，其特征在于，所述主燃区的过量空气系数大于0.7且小于1，所述再燃区的过量空气系数大于1且小于1.3。
11.一种控制方法，用于对所述权利要求2至10任一项所述的低NOx清洁燃烧型石灰生产装置进行控制，包括：
检测烟气中的NOx浓度；
判断NOx浓度是否超标，若没有超标，则返回上一步；若超标，则进入下一步；
采集煅烧带的温度数据T，并判断是否超温，若超温，则降低主燃区燃料比r1，增加再燃区燃料比r2。
12.根据权利要求11所述的控制方法，其特征在于，若煅烧带的温度没有超温，则进一步根据设定时间内的烟气NOx浓度值计算出NOx平均值，判断NOx平均值是否超标；若没有超标，则返回继续检测烟气中的NOx浓度，若超标，则降低主燃区燃料比r1，增加再燃区燃料比r2。
13.根据权利要求11或12所述的控制方法，其特征在于，在降低主燃区燃料比r1，增加再燃区燃料比r2的同时，根据r1和r2的变化调节相应的主燃区空气流量Q1、再燃区空气流量Q2和燃尽区空气流量Q3，保持主燃区空气系数λ1、再燃区空气系数λ2和总空气系数λ不变。
14.根据权利要求13所述的控制方法，其特征在于，设输入炉膛总燃料量为R，则主燃区空气流量Q1、再燃区空气流量Q2和燃尽区空气流量Q3可以按式(1)～式(3)计算：
Q1＝R×r1×λ1 (1)
Q2＝R×r2×λ2 (2)
Q3＝R×λ-Q1-Q2 (3) 。
15.根据权利要求14所述的控制方法，其特征在于，在对主燃区燃料比r1、再燃区燃料比r2进行调节之后，间隔设定时间，再次根据NOx浓度值判断是否超标；若没有超标，返回继续检测烟气中NOx浓度，若超标，则进一步降低主燃区燃料比r1，增加再燃区燃料比r2。
16.根据权利要求15所述的控制方法，其特征在于，进一步包括，在对主燃区燃料比r1、再燃区燃料比r2进行调节之前，判断主燃区燃料比r1是否已达到主燃区燃料比下限值rmin，若r1没有达到下限值rmin，则降低主燃区燃料比r1，增加再燃区燃料比r2；若r1已经达到下限值rmin，则采取辅助脱硝工艺，直至烟气中NOx浓度达标。
17.根据权利要求16所述的控制方法，其特征在于，所述辅助脱硝工艺包括采用喷氨装置在喷氨点向烟气中喷氨。
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