CN110960967A - 一种窑炉用预燃脱硝系统及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种窑炉用预燃脱硝系统及其方法，具体是在回转窑窑尾的烟室上部与原分解炉连接处分离并在旁路安装一个脱硝炉，所述脱硝炉内煤粉在低氧气氛中不完全燃烧，产生CO、CH4、H2、HCN，与来自回转窑的NOx发生反应，生成N2和CO2，再进入分解炉，由于分解炉内温度相对较低，只有少量燃料型NOx生成。本发明可以真正做到无氨脱硝，可以实现超低排放标准；增加脱硝炉延长了煤粉在分解炉内的燃烧时间，提高了煤粉燃烬率，降低了熟料煤耗；提高了生料入窑分解率，降低了窑内的热负荷，从而提高熟料产量；由于脱硝炉根据不同煤质选择不同的燃烧时间，可以保证脱硝效率达到一致；可实现脱硝超低排放标准，并且氨逃逸不超标。

Description

一种窑炉用预燃脱硝系统及其方法
技术领域
本发明涉及一种预燃脱硝系统及其方法，尤其是一种窑炉用预燃脱硝系统及其方法，属于环保设备技术领域。
背景技术
现有水泥窑在生产过程中会产生大量NOx，NOx对环境的损害作用极大，它既是形成酸雨的主要物质之一，也是形成大气中光化学烟雾的重要物质和消耗O3的一个重要因子，因此，对现有水泥窑产生的废气进行脱硝以缓解环境压力刻不容缓。
现有水泥窑的氮氧化物来源主要有以下几种。
首先是热力型NOX，由回转窑内高温状态N2与空气中的O2发生反应产生，N2+O2--NO，NO+O2--NO2(1500℃以上)，受温度、氧含量和反应停留时间影响，一般来说NOX的形成量与以上因素成正比；温度越高，产生的NOx越多，氧含量越高，产生的NOx越多，火焰长度越长产生的Nox也越多；热力型的NOx的产生来源于回转窑内。
其次是燃料型NOX，燃料中含氮元素燃烧产生，HCN+NH3+CN+O2--NOX+H2+CO+...燃料型NOX的产生受温度、氧含量、煤的种类和细度以及煤挥发份成分中元素比值有关。温度升高对NOX的产生有促进作用，但NOX生成量与温度的关系不大。煤的种类不同，挥发份含量不同，N含量不同，会导致NOX生成量不同。增加含氧量会增加燃料型NOX的生成。
再次就是瞬时型NOx，不过一般产生的比例较小。
现有脱硝技术大致分为三种，首先是非选择性还原脱硝法，简称为SNCR法，其原理是在850-1100℃温度区间内喷入氨水，氨水与NOx反应还原成氮气和水从而降低NOx的排放：NH3+NOx→N2+H2O其优点是一次性投资少，运行可靠，但脱硝效率低。
再有就是催化剂还原法（SCR）。催化还原法是在催化剂作用下氨水与氮氧化物还原反应，其特点是反应温度低，脱硝效率高。但一次性投资大，由于预热器出口粉尘浓度大并且原料中含有碱金属容易造成催化剂中毒。
还有一种是利用CO的还原法，又叫分级燃烧法。其原理是利用预热器自身的优势，在分解炉内改造利用煤炭在低氧区内不完全燃烧形成CO、CH4、H2、HCN。CO、CH4、H2、HCN与NOx反应还原成N2、CO2和水，其特点是脱硝成本低，但脱硝效率不高。
现在水泥行业采用比较多的脱硝方式是SNCR+分级燃烧法。这种方式的优点是在SNCR使用前降低NOx浓度，降低氨水用量，但实际分级燃烧由于还原区间有限，脱硝效率不高，而且对于国家越来越高的排放要求无法满足，并且反应过程中氨逃逸量高也与国家大力倡导的环保政策不符。
发明内容
为解决以上现有技术问题，本发明公开了一种窑炉用预燃脱硝系统及其方法，包括如下内容：
第一方面，本发明提供了一种窑炉用预燃脱硝系统，包括窑尾烟室以及原三次风管，所述窑尾烟室与原三次风管通过出料管相连接，所述原三次风管上连接有分解炉，所述分解炉出口左右两侧分别连接有预热装置，所述窑尾烟室上端连接有脱硝炉，所述脱硝炉以及分解炉上分别连接有窑尾喷煤管，所述脱硝炉出口与分解炉进口相连接，所述分解炉积料口处安装有出料管，所述分解炉上的出料管与原三次风管上的出料管汇总，并与窑尾烟室相连接。
优选的，所述预热装置分别设有一级预热旋流装置、二级预热旋流装置、三级预热旋流装置、四级预热旋流装置以及五级预热旋流装置，所述一级预热旋流装置、二级预热旋流装置、三级预热旋流装置、四级预热旋流装置以及五级预热旋流装置由上至下分别通过上升管道相互连接，所述五级预热旋流装置出风口与三级预热旋流装置下料口相连接，所述三级预热旋流装置出风口与一级预热旋流装置下料口相连接，所述四级预热旋流装置出风口与二级预热旋流装置下料口相连接。
优选的，所述左侧四级预热旋流装置出料口安装有第一三通，所述第一三通中的一支分支端与分解炉通过出料管相连接，所述第一三通中另一支分支端与脱硝炉通过出料管相连接。
优选的，所述左侧五级预热旋流装置出料口与窑尾烟室下料口通过出料管相连接。
优选的，所述右侧四级预热旋流装置出料口安装有第二三通，所述第二三通中的一支分支端与分解炉通过出料管相连接。
优选的，所述右侧的五级预热旋流装置的出料口通过出料管于原三次风管上的出料管汇总，并与窑尾烟室回料口相连接。
优选的，所述五级预热旋流装置、四级预热旋流装置、三级预热旋流装置、二级预热旋流装置以及一级预热旋流装置分别为锥形漏斗结构，所述五级预热旋流装置、四级预热旋流装置、三级预热旋流装置、二级预热旋流装置以及一级预热旋流装置出料口处分别安装有锁风阀。
优选的，所述窑尾喷煤管分别将煤粉输送到分解炉与脱硝炉。
第二方面，本发明提供了一种窑炉用预燃脱硝方法，具体步骤是；
（1）在回转窑窑尾的烟室上部与原分解炉连接处分离并在旁路安装一个脱硝炉，所述脱硝炉连通分解炉；
（2）由步骤（1）所述的回转窑内产生的NOx和废气全部进入步骤（1）所述的脱硝炉内，由于所述脱硝炉处于回转窑的窑尾 ，窑内空气因煤粉燃烧后进入所述脱硝炉内的氧气含量较低，温度也会有所下降，低于1100℃；
（3）窑尾喷煤点位置安装在步骤（1）所述的脱硝炉内，煤粉在低氧气氛中不完全燃烧，产生CO 、CH4、H2、HCN，与来自回转窑的NOx发生反应，生成N2和CO2；
（4）为防止步骤（1）所述脱硝炉内产生高温，将原C4全部进入分解炉的生料部分引入脱硝炉内，将脱硝炉内温度控制在850-900℃；
（5）由步骤（2）产生的CO 、CH4、H2、HCN在所述脱硝炉内与NOx发生反应，生成N2和CO2，再进入分解炉；由于分解炉内温度相对较低，为850-900℃，CO、 CH4、H2、HCN与NOx发生还原反应生成的N2不会再与O2反应，即没有热力型NOx生成，因此即使分解炉底部进入三次风导致分解炉内O2含量非常高，只有少量燃料型NOx生成；
（6）由步骤（5）产生的燃料型NOx的量较小，将生产系统气体最终排放口接入SNCR系统，喷入氨水，氨水与NOx反应，生成对大气无害的N2和水，直接排放到环境中即可。
优选的，所述分解炉连通的预热器为单列五级预热器或双列五级预热器。
本发明的有益效果：
（1）由于脱硝炉还原反应时间在3S以上，可以将系统原始NOx浓度1000mg/m3 时可以降低到300mg/m3以下，可以真正做到无氨脱硝，并且在SNCR系统中少量喷入氨水可以实现超低排放标准<50mg/m3，平均脱硝效率达70%以上，降低氨水用量70-90%；
（2）由于增加有脱硝炉，延长了煤粉在分解炉内的燃烧时间，提高了煤粉燃烬率，降低了熟料煤耗，降低熟料煤耗（标煤）1-2kg；
（3）脱硝炉风与三次风改在分解炉底部进入，与C4生料充分混合均匀，提高了生料入窑分解率，降低了窑内的热负荷，从而提高熟料产量，可以实现提高熟料产量5-10%；
（4）由于脱硝炉根据不同煤质选择不同的燃烧时间，可以保证脱硝效率达到一致；
（5）可实现脱硝超低排放标准（50mg/m3以下 )，并且氨逃逸不超标。
附图说明
图1为本本发明所述预燃脱硝系统结构示意图。
其中，1-窑尾烟室；2-原三次风管；3-出料管；4-分解炉；5-预热装置；6-脱硝炉；7-五级预热旋流装置；8-四级预热旋流装置；9-三级预热旋流装置；10-二级预热旋流装置；11-一级预热旋流装置；12-上升管道；13-第一三通；14-锁风阀；15-第二三通；16-窑尾喷煤管。
具体实施方式
结合实施例，对本发明做进一步详细说明。
一种窑炉用预燃脱硝系统，包括窑尾烟室1以及原三次风管2，所述窑尾烟室1与原三次风管2通过出料管3相连接，所述原三次风管2上连接有分解炉4，所述分解炉4出口左右两侧分别连接有预热装置5，所述窑尾烟室1上端连接有脱硝炉6，所述脱硝炉6以及分解炉4上分别连接有窑尾喷煤管16，所述脱硝炉6出口与分解炉4进口相连接，所述分解炉4积料口处安装有出料管3，所述分解炉4上的出料管3与原三次风管2上的出料管3汇总，并与窑尾烟室1相连接,所述预热装置5分别设有一级预热旋流装置11、二级预热旋流装置10、三级预热旋流装置9、四级预热旋流装置8以及五级预热旋流装置7，所述一级预热旋流装置11、二级预热旋流装置10、三级预热旋流装置9、四级预热旋流装置8以及五级预热旋流装置7由上至下分别通过上升管道12相互连接，所述五级预热旋流装置7出风口与三级预热旋流装置9下料口相连接，所述三级预热旋流装置9出风口与一级预热旋流装置11下料口相连接，所述四级预热旋流装置8出风口与二级预热旋流装置10下料口相连接,所述左侧四级预热旋流装置8出料口安装有第一三通13，所述第一三通13中的一支分支端与分解炉4通过出料管3相连接，所述第一三通13中另一支分支端与脱硝炉6通过出料管3相连接,所述左侧五级预热旋流装置7出料口与窑尾烟室1下料口通过出料管3相连接,所述右侧四级预热旋流装置8出料口安装有第二三通15，所述第二三通15中的一支分支端与分解炉4通过出料管3相连接,所述右侧的五级预热旋流装置7的出料口通过出料管3于原三次风管2上的出料管3汇总，并与窑尾烟室1回料口相连接,所述五级预热旋流装置7、四级预热旋流装置8、三级预热旋流装置9、二级预热旋流装置10以及一级预热旋流装置11分别为锥形漏斗结构，所述五级预热旋流装置7、四级预热旋流装置8、三级预热旋流装置9、二级预热旋流装置10以及一级预热旋流装置11出料口处分别安装有锁风阀14,所述窑尾喷煤管16分别将煤粉输送到分解炉4与脱硝炉6。
根据说明书附图可知，在使用时，将生料投入一级预热旋流装置11与二级预热旋流装置10之间的上升管道12内，由风力抽到一级预热旋流装置11，生料经锁风阀14进入三级预热旋流装置9到二级预热旋流装置10之间的上升管道12，由风力抽到二级预热旋流装置10，热生料经锁风阀14进入四级预热旋流装置8到三级预热旋流装置9之间的上升管道12，由风力抽到三级预热旋流装置9，热生料经锁风阀14进入五级预热旋流装置7到四级预热旋流装置8之间的上升管道12，由风力抽到四级预热旋流装置8，热生料经锁风阀14第一三通13、第二三通15分别进入脱硝炉6和分解炉4，分解后的热生料由风力抽到五级预热旋流装置7，经过五级预热旋流装置7和锁风阀14进入窑尾烟室1入回转窑生产出熟料，窑尾喷煤管16分别将煤粉输送到脱硝炉6和分解炉4，其中输送到脱硝炉6内的煤粉由于供氧不足不能完全燃烧产生CO，CH4、H2、HCN。与来自窑内产生的NOx产生化学还原反应，生成N2，CO2，H2O等物质，达到脱硝效果，在脱硝炉6出口与分解炉4进口处安装的原三次风管2将带来的净空气与来自脱硝炉内未全部燃烧的煤粉和在低氧燃烧中产生的CO同时进入分解炉4内进行再次完全燃烧。
一种窑炉用预燃脱硝方法，在窑炉的所述窑尾烟室1出口与所述分解炉4之间安装一个旁路的所述脱硝炉6，所述脱硝炉6连通所述分解炉4下部；所述的窑炉内产生的废气全部进入所述的脱硝炉6内，由于所述脱硝炉6处于窑尾烟室1出口，进入到所述脱硝炉6内的氧气含量较低，温度也会有所下降，因此窑尾煤粉进入所述脱硝炉6内后进行低氧燃烧，煤粉低氧燃烧后产生CO、CH4、H2、HCN、；CO、CH4、H2、HCN在所述脱硝炉6内与NOx发生反应，生成N2和CO2，再进入所述分解炉4；由于所述分解炉4内温度相对较低，为850-900℃，CO与NOx发生还原反应生成的N2不会再与O2反应，因此即使所述分解炉4底部进入三次风导致所述分解炉4内O2含量非常高，也不会生成热力型NOx，只有少量燃料型NOx生成；将整个系统接入SNCR系统，并喷入氨水，氨水与NOx反应，生成对大气无害的N2和水，直接排放到环境中即可。
系统NOx原始浓度为1000mg/m3 时可以降低到300mg/m3以下，经氨水处理后可真正做到无氨脱硝，可以实现小于50mg/m3超低排放标准，平均脱硝效率达70%以上，减少氨水用量70-90%；脱硝炉的增加延长了煤粉在分解炉内的燃烧时间，降低熟料煤耗（标煤）1-2kg；脱硝炉风与三次风改在分解炉底部进入，与C4生料充分混合均匀，提高了生料入窑分解率，降低了窑内的热负荷，可以实现提高熟料产量5-10%；由于脱硝炉根据不同煤质选择不同的燃烧时间，可以保证脱硝效率达到一致；可实现脱硝超低排放标准（50mg/m3以下 )，并且氨逃逸不超标。
上述具体实施方式仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举，而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围中。

Claims (10)

1.一种窑炉用预燃脱硝系统，包括窑尾烟室（1）以及原三次风管（2），所述窑尾烟室（1）与原三次风管（2）通过出料管（3）相连接，所述原三次风管（2）上连接有分解炉（4），所述分解炉（4）出口左右两侧分别连接有预热装置（5），其特征在于，所述窑尾烟室（1）上端连接有脱硝炉（6），所述脱硝炉（6）以及分解炉（4）上分别连接有窑尾喷煤管（16），所述脱硝炉（6）出口与分解炉（4）进口相连接，所述分解炉（4）积料口处安装有出料管（3），所述分解炉（4）上的出料管（3）与原三次风管（2）上的出料管（3）汇总，并与窑尾烟室（1）相连接。
2.根据权利要求1所述的一种窑炉用预燃脱硝系统，其特征在于,所述预热装置（5）分别设有一级预热旋流装置（11）、二级预热旋流装置（10）、三级预热旋流装置（9）、四级预热旋流装置（8）以及五级预热旋流装置（7），所述一级预热旋流装置（11）、二级预热旋流装置（10）、三级预热旋流装置（9）、四级预热旋流装置（8）以及五级预热旋流装置（7）由上至下分别通过上升管道（12）相互连接，所述五级预热旋流装置（7）出风口与三级预热旋流装置（9）下料口相连接，所述三级预热旋流装置（9）出风口与一级预热旋流装置（11）下料口相连接，所述四级预热旋流装置（8）出风口与二级预热旋流装置（10）下料口相连接。
3.根据权利要求2所述的一种窑炉用预燃脱硝系统，其特征在于,所述左侧四级预热旋流装置（8）出料口安装有第一三通（13），所述第一三通（13）中的一支分支端与分解炉（4）通过出料管（3）相连接，所述第一三通（13）中另一支分支端与脱硝炉（6）通过出料管（3）相连接。
4.根据权利要求2所述的一种窑炉用预燃脱硝系统，其特征在于,所述左侧五级预热旋流装置（7）出料口与窑尾烟室（1）下料口通过出料管（3）相连接。
5.根据权利要求2所述的一种窑炉用预燃脱硝系统，其特征在于,所述右侧四级预热旋流装置（8）出料口安装有第二三通（15），所述第二三通（15）中的一支分支端与分解炉（4）通过出料管（3）相连接。
6.根据权利要求2所述的一种窑炉用预燃脱硝系统，其特征在于,所述右侧的五级预热旋流装置（7）的出料口通过出料管（3）于原三次风管（2）上的出料管（3）汇总，并与窑尾烟室（1）回料口相连接。
7.根据权利要求2所述的一种窑炉用预燃脱硝系统，其特征在于,所述五级预热旋流装置（7）、四级预热旋流装置（8）、三级预热旋流装置（9）、二级预热旋流装置（10）以及一级预热旋流装置（11）分别为锥形漏斗结构，所述五级预热旋流装置（7）、四级预热旋流装置（8）、三级预热旋流装置（9）、二级预热旋流装置（10）以及一级预热旋流装置（11）出料口处分别安装有锁风阀（14）。
8.根据权利要求1所述的一种窑炉用预燃脱硝系统，其特征在于,所述窑尾喷煤管（16）分别将煤粉输送到分解炉（4）与脱硝炉（6）。
9.一种窑炉用预燃脱硝方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）在回转窑窑尾的烟室上部与原分解炉连接处分离并在旁路安装一个脱硝炉，所述脱硝炉连通分解炉；
（2）由步骤（1）所述的回转窑内产生的NOx和废气全部进入步骤（1）所述的脱硝炉内，由于所述脱硝炉处于回转窑的窑尾 ，窑内空气因煤粉燃烧后进入所述脱硝炉内的氧气含量较低，温度也会有所下降，低于1100℃；
（3）窑尾喷煤点位置安装在步骤（1）所述的脱硝炉内，煤粉在低氧气氛中不完全燃烧，产生CO 、CH4、H2、HCN，与来自回转窑的NOx发生反应，生成N2和CO2；
（4）为防止步骤（1）所述脱硝炉内产生高温，将原C4全部进入分解炉的生料部分引入脱硝炉内，将脱硝炉内温度控制在850-900℃；
（5）由步骤（2）产生的CO 、CH4、H2、HCN在所述脱硝炉内与NOx发生反应，生成N2和CO2，再进入分解炉；由于分解炉内温度相对较低，为850-900℃，CO、 CH4、H2、HCN与NOx发生还原反应生成的N2不会再与O2反应，即没有热力型NOx生成，因此即使分解炉底部进入三次风导致分解炉内O2含量非常高，只有少量燃料型NOx生成；
（6）由步骤（5）产生的燃料型NOx的量较小，将生产系统气体最终排放口接入SNCR系统，喷入氨水，氨水与NOx反应，生成对大气无害的N2和水，直接排放到环境中即可。
10.根据权利要求9所述的一种窑炉用预燃脱硝方法，其特征在于，所述分解炉连通的预热器为单列五级预热器或双列五级预热器。
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