CN111051802B - 低NOx煅烧炉 - Google Patents

Abstract

一种用于在水泥熟料的生产过程中降低NOx排放水平的系统，其具有以下特征的煅烧炉单元：上部；下部；下部的NOx还原区；上部的三次空气入口，用于将三次空气引入上部；位于NOx还原区上方的主煅烧炉进料入口，用于将主煅烧炉进料部分引入上部；位于NOx还原区中的第一冷却煅烧炉进料入口，用于将第一冷却煅烧炉进料部分引入NOx还原区的外围；和位于NOx还原区中或下方的燃料入口，用于将燃料引入还原区。

Description

低NOx煅烧炉

技术领域

本发明涉及一种在水泥熟料的生产过程中降低氮氧化物排放水平的系统，更具体地涉及一种用于这种系统的煅烧炉装置。

背景技术

在水泥系统中，在水泥熟料的生产过程中，将水泥生料在预热器中预热，在包括上端和下端的煅烧炉中煅烧，在窑中燃烧成熟料，并在随后的熟料冷却器中冷却。在一些现有的水泥系统中，煅烧炉专门设计用于使用挥发性成分含量低的燃料，诸如石油焦，而在其他现有的系统中，煅烧炉专门设计用于实现低NOx排放水平。有充分的证据表明，将在可接受的NOx排放水平方面提出更严格的要求，并且使用挥发性成分含量低的燃料将继续是有利的。因此，需要一种用于生产水泥熟料的系统，该系统将同时体现这些有益效果。

有一系列技术可用于在水泥系统中限制NOx排放水平和燃烧挥发性成分含量低的燃料。例如，可以通过主要方法来限制NOx排放水平，诸如燃烧器设备的适当设计，煅烧炉和预热器的适当设计，或者辅助方法来限制NOx排放水平，所述辅助方法涉及在预热器中的指定位置注入外源物(诸如氨和尿素)。

例如，从日本专利申请No.155433-1978已知ILC低NOx类型的窑系统。该系统包括燃烧室，该燃烧室位于窑和煅烧炉之间，并且实际上构成了煅烧炉的下部分。通过向构成所谓的还原区的燃烧室中注入燃料来实现对NOx排放的限制，该燃烧室涉及通过与窑废气中所含的NOx反应来燃烧燃料，从而降低NOx含量。根据最近的已知方法，可以将来自预热器的少量预热的生料引入该区，以限制温度。随后将来自熟料冷却器的预热的空气以及来自预热器的预热的生料送入煅烧炉。在这种已知的窑系统中，来自窑的废气被引入燃烧室的底部，从而使气体向上流通过燃烧室和随后的煅烧炉。因此，在这种类型的煅烧炉中，必须将生料向上引导通过悬浮在气流中的煅烧炉的主要部分，该气流向上流通过煅烧炉。对于这种类型的煅烧炉，明显的缺点是，由于过度冷却气体/燃料悬浮物，当在煅烧炉中燃烧挥发性成分含量低的燃料时，无法实现低NOx排放。

例如，从美国专利No.4,014,641和PCT/DK97/00029已知SLC-D类型的窑系统。这种类型的系统包括煅烧炉，该煅烧炉包括配置如朝下的气体导管的腔室，该腔室的下端连接到朝上的气体导管，该朝上的气体导管进一步连接到窑的废气排出端。煅烧基本上发生在朝下的气体导管中。煅烧炉中使用的大多数燃料在煅烧炉顶部轴向引入。来自熟料冷却器的预热的空气和预热的生料切向引导至煅烧炉的顶部。因此在煅烧炉中实现了大量煅烧炉燃料的完全燃烧，而生料在其向下通过腔室的同时被煅烧。来自煅烧炉的废气悬浮物、未燃烧燃料和至少部分煅烧的生料在朝上的气体导管中与窑废气的向上流接合在一起，应向其中尽可能添加少量煅烧炉燃料和少量的预热的生料。组合的或掺和的废气/物料悬浮物随后向上流动通过朝上的气体导管，在此处可以添加尚未从熟料冷却器供应的任何剩余量的生料和预热的空气。这种已知类型的系统的优点在于，由于煅烧炉的特殊实施方式，可以使用挥发性成分含量低的燃料，即使使用这种燃料，也可以实现高度的燃烧效率。

此外，煅烧炉中NOx的产生非常低。但是，这种类型的窑系统的缺点是可能有必要将一定比例的未煅烧生料直接引导至窑的废气中，以抑制窑烟室和/或窑立管中的涂层。结果，当使用挥发性成分含量低的燃料时，废气/燃料悬浮物被过度冷却，这导致还原窑中产生的NOx的可能性受限。

发明内容

本发明的目的是克服或至少减轻一个或多个上述问题和/或为消费者提供有用的或商业的选择。

本发明的目的是提供一种用于生产水泥熟料的系统，通过该系统，即使当使用具有挥发性成分含量低的燃料时也可以实现高度的燃烧效率并且获得低水平的NOx排放。

附图说明

将仅通过示例的方式参考附图描述本发明的实施方式，其中：

图1示出了包括煅烧炉的系统的第一示例性实施方式的侧视图。

图2示出了包括煅烧炉的系统的第二示例性实施方式的侧视图。

图3示出了煅烧炉的NOx还原区的横截面视图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的煅烧炉具有上部11a和下部11b。NOx还原区12位于下部11b中，且三次空气入口13位于上部11a中。通常，NOx还原区12在其内表面上具有耐火层12a。三次空气入口13被设计成将三次空气引入上部11a。位于NOx还原区12上方还有一个主煅烧炉进料入口20，用于将主煅烧炉进料部分引入上部11a。

窑气可经由立管单元21引入煅烧炉11中。可提供一个或多个燃料入口50a、50b，以在窑气中提供富含燃料的热芯，且所述一个或多个燃料入口50a、50b可在NOx还原区12中或下方，例如在立管单元21中。将窑废气/燃料悬浮物向上引导到NOx还原区12中。可以经由冷却煅烧炉进料入口30a、30b切向地将生料引入NOx还原区12中，以用外围冷却层包封富含燃料的热芯。NOx还原区12的设计使得与燃料混合的窑气的热芯能够与窑NOx和生料反应以包封热芯来保护下游反应器的壁。可以经由三次空气入口13将三次空气引入煅烧炉的上部。生料也可以通过主煅烧炉进料入口20引入。煅烧炉11的横截面被充分减小(例如，如图2所示，经由缩紧装置)，以保持所引入的煅烧炉进料悬浮并避免例如(a)经由主煅烧炉进料入口20引入的主要NOx还原区进料的不期望冷却，以及(b)在NOx还原区12中的三次空气侵入。

如图3所示，在立管21中可以有一个燃料入口50a(或更多个50b)，以向窑气提供NOx还原条件。立管由图3中央的正方形部分表示。在立管的顶部是到下游的主要NOx还原区12的气流横截面膨胀，该气流横截面膨胀由较大的圆形横截面表示。在还原区12中可以有一个进料入口30a(或更多个30b)。将生料切向引入燃料入口50a、50b上方(下游)，以用外围冷却层包封富含燃料的热芯。生料轨迹在图3中示出。切向生料轨迹允许冷却生料覆盖例如立管和到还原区21的膨胀之间的整个过渡外围。在外围的窑气流将生料带向煅烧炉11。因此，冷却生料能够包封到与燃料一起提供的较热的窑气芯以提供NOx还原条件。包封保护还原区的壁免受高温损害。立管中生料到窑气的切向方法避免了冷却生料过分侵入燃料入口提供给窑气的热还原芯。

本发明的目的是提供一种用于生产水泥的方法和系统，通过该方法和系统，即使当使用挥发性成分含量低的燃料时，也可以实现高度的燃烧效率，并实现低水平的NOx排放。

这是通过一种系统实现的，在该系统中，来自窑的废气被引入煅烧炉的上端；燃料也被引入煅烧炉的上端；废气/燃料悬浮物被向下引导通过煅烧炉；来自熟料冷却器的预热的空气和来自预热器的预热的生料在来自窑的废气和燃料被引入的区域下方的位置处组合或分别地送入煅烧炉中；预热的空气向下引导通过煅烧炉，逐渐与废气/燃料悬浮物混合；生料在重力作用下被向下引导沿着煅烧炉的壁通过煅烧炉，并悬浮在煅烧炉下端的废气中；且废气/生料悬浮物从煅烧炉的下端提取并输送到分离装置中，以分离生料，随后将其引导至窑。

由此获得显著减少的与窑废气一起被引入煅烧炉的NOx，即使使用挥发性成分含量低的燃料时燃料的高度燃烧，以及与燃料一起引入煅烧炉的氮到NOx的低转化度。因此，通过将煅烧炉燃料引入载有NOx的窑废气中，同时即使在燃烧过程基于挥发性成分含量低的燃料时也能确保900至1500℃范围内的高温燃烧温度，可以生成NOx还原区。结果，所形成的NOx形成量将比在先的系统所能达到的水平低得多。生料由于朝下通过煅烧炉的通道而基本在重力的作用下沿煅烧炉的壁向下途经，因此获得了高的燃烧温度。这将减少生料在燃料燃烧期间对废气/燃料悬浮物的冷却作用。除了NOx的低净形成量之外，高燃烧温度还将确保燃料的快速燃烧，这是稳定系统运行所必需的。沿煅烧炉的壁向下引导的生料也将保护煅烧炉免受可能发生的高温，因此，作为附带作用，降低了壁上涂层的水平。

可以根据各种合适的方法，诸如径向、切向或轴向，将窑废气引入煅烧炉的上端。

可以将燃料单独或与窑废气一起引入煅烧炉的上端。如果单独引入燃料，这将优选地通过从煅烧炉的顶部轴向注入燃料来完成。这种轴向注入可以沿着煅烧炉的中心线发生，但是也可以相对于中心线径向移动。但是，也可以从煅烧炉的侧面径向、切向或以其他方式注入燃料。如果将燃料与窑废气一起引入，则优选地在这样的位置处将燃料引入窑废气中，在该位置处可以确保燃料与废气中的NOx之间有效接触，从而优化NOx的还原过程。优选地，这可以在将窑废气引入煅烧炉之前的适当位置处完成。

窑废气和燃料的混合悬浮物优选向下引导通过煅烧炉，从而在其中心区域产生火焰。

来自熟料冷却器的预热的空气和来自预热器的预热的生料优选地作为空气/生料组合悬浮物引入煅烧炉。进一步优选的是，这种空气/生料悬浮物是切向引入的，以使生料朝着煅烧炉壁投出，使生料在重力作用下沿着壁向下滑动，而空气则形成火焰周围包封的气垫，使空气逐渐与废气/燃料悬浮物混合。

或者可选地，可以将来自熟料冷却器的预热的空气和来自预热器的预热的生料分别引入煅烧炉。在采用该程序的情况下，也可以轴向、径向或以任何其他合适的方式引入空气，而生料可以有利地经由一个或多个入口开口引入，所述入口开口以围绕煅烧炉圆周的大致均匀的方式布置。

为了控制煅烧炉中的燃烧温度，并因此确保在高温下需要相对长的时间的燃料(诸如，挥发性成分含量低的燃料)的令人满意的燃烧程度，将预热的生料在沿单元下游的几个位置处引入煅烧炉是有利的。因此，优选地，可以将预热的生料引入煅烧炉的下端。引入煅烧炉下端的生料将立即进行煅烧，从而将温度降低到应用于煅烧过程的温度水平。

可以进一步地将来自预热器的预热的生料与窑废气一起引入煅烧炉中，以由于其催化作用而进一步降低NOx水平，例如通过促进NO+CO反应为N2+CO2。以这种方式引入的预热的生料可以有利地在从窑排出这些气体之后立即将其引入窑废气流中。所以，生料将降低窑废气的温度，从而减少将窑废气从窑运载到煅烧炉的导管中的任何结块问题。在这种情况下，废气/生料悬浮物可以有利地切向引入煅烧炉的上端，以确保将生料保持在煅烧炉的壁附近。结果，煅烧炉还原区中央部分的生料量将非常少，这意味着即使在使用挥发性成分含量低的燃料时，也可以达到高温，从而达到点火和NOx还原的有利条件。

用于执行根据本发明的方法的系统是这样的系统，其可以包括预热器、包括上端和下端的煅烧炉、窑和随后的熟料冷却器，且其特征在于，它包括用于将窑废气引入煅烧炉上端的装置、用于将燃料引入煅烧炉的上端的装置、用于将来自熟料冷却器的预热的空气在引入窑废气和燃料区域下方的位置处引入煅烧炉的装置、用于将预热的生料在引入窑废气和燃料区域下方的位置处引入煅烧炉的装置、用于从煅烧炉的下端提取废气/生料悬浮物并将其输送至分离装置的装置和用于将分离的生料输送至窑的装置。

应该理解，所示的本发明的形式仅仅是一个优选的实施方式。部件的功能和布置可以进行各种变化；等效的手段可以代替示出和描述的手段；在不脱离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，某些特征可以与其他特征独立地使用。

部件列表

1 系统

11 煅烧炉单元

11a 上部煅烧炉

11b 下部煅烧炉

12 NOx还原区

12a 耐火层

13 三次空气入口

18 还原区入口锥体

20 主煅烧炉进料入口

21 立管单元

30a 第一冷却煅烧炉进料入口

30b 第二冷却煅烧炉进料入口

40 缩紧装置

50a、50b 燃料入口

Claims (7)

1.一种用于在水泥熟料的生产过程中降低NOx排放水平的系统(1)，包括煅烧炉单元(11)，所述煅烧炉单元(11)进一步包括：

上部(11a)；

下部(11b)；

下部(11b)中的NOx还原区(12)，其内表面上具有耐火层(12a)；

上部(11a)中的三次空气入口(13)，用于将三次空气引入上部(11a)；

位于NOx还原区(12)上方的主煅烧炉进料入口(20)，用于将主煅烧炉进料部分引入上部(11a)；

位于NOx还原区(12)中的第一冷却煅烧炉进料入口(30a)，用于将第一冷却煅烧炉进料部分引入NOx还原区(12)的外围，用于在NOx还原区(12)中形成进料外围层来保护耐火层(12a)免受热窑气；和

位于NOx还原区(12)中的第二冷却煅烧炉进料入口(30b)；

位于NOx还原区(12)中或下方的燃料入口(50a)，用于将燃料引入NOx还原区(12)来在NOx还原区(12)中将热窑气的热芯支撑在进料外围层内，

其中位于NOx还原区(12)中的第一或第二冷却煅烧炉进料入口(30a、30b)被布置成使得将所述冷却煅烧炉进料部分被切向地引入所述NOx还原区(12)中。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述煅烧炉单元(11)还包括位于上部(11a)和下部(11b)之间的缩紧装置(40)，用于抑制上部(11a)中的主煅烧炉进料部分进入NOx还原区(12)。

3.根据权利要求1所述的系统，其中主煅烧炉进料入口(20)位于三次空气入口(13)上方。

4.根据权利要求1所述的系统，还包括位于NOx还原区(12)下方的立管单元(21)，其中燃料入口(50a)位于所述立管单元(21)中的NOx还原区(12)下方。

5.根据权利要求4所述的系统，其中NOx还原区(12)的横截面面积大于立管单元(21)的横截面面积。

6.根据权利要求1所述的系统，其中NOx还原区(12)包括还原区入口锥体(18)，并且其中燃料入口(50a)紧邻所述入口锥体(18)并在所述入口锥体(18)下方定位。

7.根据权利要求1所述的系统，其中所述第二冷却煅烧炉进料入口(30b)与所述第一冷却煅烧炉进料入口(30a)横向相对，用于将第二冷却煅烧炉进料部分引入NOx还原区(12)的外围，从而在NOx还原区(12)中形成进料外围层，以进一步保护耐火层(12a)免受热窑气。

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