CN111750672A - 一种带外置起燃室的分解炉梯度燃烧自脱硝系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带外置起燃室的分解炉梯度燃烧自脱硝系统，属于水泥生产技术领域，包括分解炉，分解炉的内部自下至上依次形成强还原区、弱还原区和燃尽区，分解炉设有与强还原区连通的分解炉燃料喂料口和分解炉生料下喂料口，分解炉设有与弱还原区连通的分解炉生料上喂料口，分解炉设有与燃尽区连通的上三次风进风口，其特征在于：包括起燃室，起燃室具有柱腔体，柱腔体设置蜗壳部，柱腔体的上部设有起燃室燃料喂料口，蜗壳部设有下三次风进风口，蜗壳部将自下三次风进风口进入的三次风沿与柱腔体内侧面相切的方向导入至柱腔体中，起燃室靠近下三次风进风口设置起燃室生料喂料口，柱腔体的下部设有起燃室出口，起燃室出口与分解炉的弱还原区连通。

Description

一种带外置起燃室的分解炉梯度燃烧自脱硝系统

技术领域

本发明属于水泥工业烟气脱硝技术领域，尤其涉及一种带外置起燃室的分解炉梯度燃烧自脱硝系统。

背景技术

氮氧化物是化石燃料与空气在高温燃烧时产生的气体，具有很强的毒性。氮氧化物排放影响大气质量，对人类生存环境与健康有严重的危害。水泥工业是居火力发电、汽车尾气之后的第三大氮氧化物排放大户。为了加强环境保护，积极控制氮氧化物排放，制定了严格的排放标准。

为了进一步降低企业脱硝运营成本，提高燃料燃烧自脱硝效率，减少水泥生产过程中的二次污染，本公司研发了一种烧成系统梯度燃烧自脱硝工艺方法(ZL201711215096.3)。即通过入分解炉三次风、入分解炉燃料和入分解炉物料的分级喂入和协同配合，形成极度贫氧区-贫氧燃烧区-富氧燃烬区的梯度分布燃烧环境。在极度贫氧区内形成一个高CO浓度的还原区域，使出回转窑烟气中的NOx还原为N2。在贫氧燃烧区形成中等CO浓度的还原区域，抑制分解炉燃料燃烧自身产生的NOx。通过在分解炉内形成强还原区域，最大限度地延长还原区域的停留时间和增加还原区域的CO浓度来显著的降低烟气中的NOx的浓度水平。

上述梯度脱硝技术中，分解炉上设有与炉内贫氧燃烧区连通的分解炉生料上喂料口、下三次风进风口以及生料上入炉口，水泥生料、三次风以及燃料分别通过上述三个进口进入分解炉的贫氧燃烧区内，燃料在贫氧燃烧区内起燃过程中由于区域内过剩空气系数小，氧气浓度低，燃料起燃速度下降，火焰传播的稳定性相对变差，使起燃区温度容易出现大幅度的波动，破坏了分解炉内的工况稳定性。燃料着火不稳定，降低了出炉燃料的燃尽度，增加了分解炉内燃料消耗，同时也不利于系统整体脱硝效果。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种解决现水泥生产用梯度燃烧自脱硝系统中贫氧燃烧区反应效果不佳问题的带外置起燃室的分解炉梯度燃烧自脱硝系统。

本发明是这样实现的，一种带外置起燃室的分解炉梯度燃烧自脱硝系统，包括分解炉，所述分解炉的内部自下至上依次形成强还原区、弱还原区和燃尽区，所述分解炉设有与所述强还原区连通的分解炉燃料喂料口和分解炉生料下喂料口，所述分解炉设有与所述弱还原区连通的分解炉生料上喂料口，所述分解炉设有与所述燃尽区连通的上三次风进风口，其特征在于：包括起燃室，所述起燃室具有柱腔体，所述柱腔体设置蜗壳部，所述柱腔体的上部设有起燃室燃料喂料口，所述蜗壳部设有下三次风进风口，所述蜗壳部将自下三次风进风口进入的三次风沿与柱腔体内侧面相切的方向导入至所述柱腔体中，所述起燃室靠近所述下三次风进风口设置起燃室生料喂料口，所述柱腔体的下部设有起燃室出口，所述起燃室出口与所述分解炉的弱还原区连通。

本发明中燃料与三次风在分解炉之外的起燃室内发生起燃反应，三次风中氧气浓度未因出窑烟气混合稀释而变小，氧气浓度相对较高。在起燃室内，三次风中氧气的质量大于起燃室燃料燃烧所需的耗氧量，即燃烧过剩空气系数大于1.0，有利于燃料的起燃。起燃室与分解炉相对分离，将燃料起燃的功能从分解炉内移到起燃室后，燃料起燃环境相对独立，受分解炉内温度波动和风量波动的影响较小，更容易实现稳定着火。在起燃室内延长起燃反应时间且充分混合后进入分解炉的贫氧燃烧区中，燃烧反应和脱硝还原反应更加稳定，在保证分解炉贫氧燃烧脱硝功能的同时强化了燃料的燃烧效果。

燃料自燃烧室上部中心纵向向下喷入燃料，蜗壳部将三次风导入柱腔体中并旋转贴壁运动，起燃室中心区域气流相对稳定，可防止因燃料贴壁燃烧而造成壁面高温结皮。

在上述技术方案中，优选的，外置起燃室内为氧化气氛，过剩空气系数大于1.0。

在上述技术方案中，优选的，包括三次风管，所述三次风管具有三次风上支管和三次风下支管，所述三次风上支管与所述分解炉的上三次风进风口连通，所述三次风下支管与所述起燃室的下三次风进风口连通。

在上述技术方案中，优选的，所述起燃室生料喂料口设在所述三次风下支管靠近起燃室的端部。

附图说明

图1是本发明实施例一的结构示意图；

图2是本图1的A-A向剖视图；

图3是本发明实施例二的结构示意图。

1、分解炉；1-1、锥状部；1-2、圆柱部；1-3、强还原区；1-4、弱还原区；1-5、燃尽区；1-6、分解炉燃料喂料口；1-7、分解炉生料下喂料口；1-8、分解炉生料上喂料口；2、烟室；3、缩口柱状部；4、起燃室；4-1、柱腔体；4-2、蜗壳部；4-3、起燃室燃料喂料口；4-4、起燃室生料喂料口；5、三次风管；5-1、三次风上支管；5-2、三次风下支管。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为解决现水泥生产用梯度燃烧自脱硝系统中贫氧燃烧区反应效果不佳的弊端，本发明特提供一种带外置起燃室的分解炉梯度燃烧自脱硝系统，本系统可提高水泥生产脱硝效果，保证脱硝效果的同时强化燃料的着火和燃烧，有利于从整体上降低生产线的运行成本。为了进一步说明本发明的结构，结合附图详细说明书如下：

实施例一

请参阅图1和图2，一种带外置起燃室的分解炉梯度燃烧自脱硝系统，包括分解炉1。分解炉1下部为锥状部1-1，分解炉1的上部为圆柱部1-2。分解炉1的锥状部1-1的下端与水泥生产系统的回转窑的烟室2的烟气出口连通。回转窑的出窑烟气自分解炉1的下端进入到分解炉1中。本实施例中，为提烟室2的烟气出口与分解炉1连通处的风速，避免物料沉降反流，分解炉1的锥状部1-1下端为直径变小的缩口柱状部3。

所述分解炉1的内部自下至上依次形成强还原区1-3、弱还原区1-4和燃尽区1-5。

所述分解炉1设有与所述强还原区1-3连通的分解炉燃料喂料口1-6和分解炉生料下喂料口1-7。

所述分解炉1设有与所述弱还原区1-4连通的分解炉生料上喂料口1-8和起燃料进口。分解炉自所述起燃料进口向下形成所述强还原区1-3。

所述分解炉1设有与所述燃尽区1-5连通的上三次风进风口。分解炉1自上三次风进风口下方至分解炉生料下喂料口上方之间形成分解炉的弱还原区1-4。分解炉1自上三次风进风口下方至上形成所述燃尽区1-5。

包括起燃室4，所述起燃室4具有柱腔体4-1，柱腔体4-1为一圆柱体。所述柱腔体4-1设置蜗壳部4-2，本实施例中，蜗壳部4-2设于柱腔体4-1的上部，蜗壳部4-2与柱腔体4-1焊接为一体。所述柱腔体4-1的上部设有起燃室燃料喂料口4-3，起燃室燃料喂料口4-3设置在柱腔体4-1的上端中部，燃料可自起燃室燃料喂料口4-3进入柱腔体4-1中。

所述蜗壳部4-2设有下三次风进风口。所述蜗壳部4-2将自下三次风进风口进入的三次风沿与柱腔体4-1内侧面相切的方向导入至所述柱腔体4-1中。

所述起燃室4靠近所述下三次风进风口设置起燃室生料喂料口4-4。本实施例中，包括三次风管5，所述三次风管5具有三次风上支管5-1和三次风下支管5-2。所述三次风上支管5-1与所述分解炉1的上三次风进风口连通；所述三次风下支管5-2与所述起燃室4的下三次风进风口连通。所述起燃室生料喂料口4-4设在所述三次风下支管5-2靠近起燃室4的端部。

所述柱腔体5-1的下部设有起燃室出口，所述起燃室出口与所述分解炉1的弱还原区1-4连通。

用于添加生料的生料管道由一分料阀分成两支管，其一与起燃室生料喂料口4-4接通，其二再由一分料阀分成两支管，其一与分解炉生料上喂料口1-8接通，其二与分解炉生料下喂料口1-7接通。通过两分料阀可对起燃室生料喂料口4-4、分解炉生料上喂料口1-8和分解炉生料下喂料口1-7的喂料两进行调节。分料阀的型式为现有技术中三通分料阀，分料比例可通过阀板位置调节。

出窑烟气是回转窑内燃料燃烧产生的烟气，温度一般为900～1150℃，氧含量一般为5％以内。回转窑的出窑烟气自回转窑的烟室2进入分解炉中。

分解炉燃料喂料口1-6设于分解炉1的锥状部分1-1上。出窑烟气进入分解炉1的强还原区1-3后，通过分解炉燃料喂料口1-6加入过量的燃料，控制强还原区1-3过剩空气系数小于0.8。由于氧气不足，燃料在贫氧燃烧环境下生成大量的还原性气体CO，并与出窑烟气中NOx反应，将NOx还原为N2，达到脱除出窑烟气中NOx的效果。燃料在强还原区1-3内部分燃烧放热，为了防止温度过高，在分解炉1的锥状部1-1或分解炉1的圆柱部1-2分的下端设分解炉生料下喂料口1-7，自此分解炉生料下喂料口1-7向分解炉1的强还原区1-3中加入生料，通过生料吸热控制强还原区1-3内温度不高于1150℃。为了防止生料从分解炉锥体短路进入回转窑的烟室内，在烟室2和分解炉1的锥状部1-1之间设置分解炉下缩口，即缩口柱状部3，下缩口内烟气流速高于10m/s，带动分解炉1的锥状部1-1的生料悬浮向上运动，避免塌料。

三次风在进入分解炉之前先进入外置的起燃室4。三次风的部分由三次风下支管5-2导入外置起燃室4的蜗壳部5-2。三次风由蜗壳部5-2以旋风的方式导入至起燃室4的柱腔体4-1中。一部分燃料自起燃室燃4的柱腔体4-1上端中心内位置的起燃室燃料喂料口4-3喂入，在起燃室4的柱腔体4-1内侧中心区域形成高温燃烧区。由于起燃室4内的气体为三次风，其成分为空气，氧含量较高(21％)，同时三次风温度较高，一般为850～1100℃，在起燃室内燃料更容易着火起燃。燃料燃烧会释放热量，为了防止起燃室4内温度过高，在三次风进入起燃室4之前设置起燃室生料喂料口4-4，生料在三次风进入蜗壳部4-2之前与三次风混合并进入起燃室4中，通过生料吸热来控制起燃室4内温度为950～1150℃。由于三次风沿起燃室蜗壳部4-2和柱腔体4-1旋转贴壁运动，起燃室4中心区域气流相对稳定，可防止因燃料贴壁燃烧而造成壁面高温结皮。

三次风管上支管5-1上安装风量调节阀，通过风量调节阀调节三次风上支管5-1和三次风下支管5-2的分风量，从而控制弱还原区1-4内过剩空气系数为0.8～1.0。由于燃烧空气不足，弱还原区1-4内可形成燃烧中间产物CO，可以抑制分解炉燃料在燃烧过程中产生NOx，并将出窑烟气中未反应完全的NOx进一步还原。在分解炉1上设置的与弱还原区1-4连通的分解炉生料上喂料口1-8用于向分解炉1的弱还原区1-4加入生料，通过生料加入量控制弱还原区1-4内的气体温度为950～1150℃。

三次风上支管5-1内的三次风进入分解炉1的燃尽区1-5后，使燃尽区1-5内过剩空气系数大于1.0，满足燃料的燃尽。

本发明所述技术方案建立了一种带外置起燃室的分解炉梯度燃烧自脱硝系统，形成强还原区-起燃区/弱还原区-燃尽区相结合的梯度燃烧环境。外置的起燃室内燃料的比例占分解炉总燃料比例的40％～80％。起燃室内有一定的燃烧空间，气体停留时间大于0.5s。

作为技术支撑，我们通过实验室试验，得到燃料着火点、燃烧速度与助燃空气中O2含量存在如下规律：

1)助燃空气中氧气含量越高，燃料起燃温度越低。对于正常烟煤，在15％～21％含量范围内，当助燃空气中氧气含量每增加1％，起燃温度降低5～15℃。

2)助燃空气中氧气含量越高，燃料燃烧速度越快。其它燃烧工况不变时，燃烧速度与氧气含量成正比。

实施例二

请参阅图3，本实施例中所述技术方案与实施例一不同的是，分解炉的弱还原区所在的圆柱状部分部分设有缩口段。此缩口段位于生料上喂料口下方。自生料上喂料口进入的生料在重力作用下有向下运动的趋势。缩口段的设计令缩口处的截面风速相对分解炉圆柱状截面风速变大，可以有效地减少生料下落的高度，防止分解炉内发生塌料现象。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种带外置起燃室的分解炉梯度燃烧自脱硝系统，包括分解炉，所述分解炉的内部自下至上依次形成强还原区、弱还原区和燃尽区，所述分解炉设有与所述强还原区连通的分解炉燃料喂料口和分解炉生料下喂料口，所述分解炉设有与所述弱还原区连通的分解炉生料上喂料口，所述分解炉设有与所述燃尽区连通的上三次风进风口，其特征在于：包括起燃室，所述起燃室具有柱腔体，所述柱腔体设置蜗壳部，所述柱腔体的上部设有起燃室燃料喂料口，所述蜗壳部设有下三次风进风口，所述蜗壳部将自下三次风进风口进入的三次风沿与柱腔体内侧面相切的方向导入至所述柱腔体中，所述起燃室靠近所述下三次风进风口设置起燃室生料喂料口，所述柱腔体的下部设有起燃室出口，所述起燃室出口与所述分解炉的弱还原区连通。

2.根据权利要求1所述的带外置起燃室的分解炉梯度燃烧自脱硝系统，其特征在于：外置起燃室内为氧化气氛，过剩空气系数大于1.0。

3.根据权利要求1所述的带外置起燃室的分解炉梯度燃烧自脱硝系统，其特征在于：包括三次风管，所述三次风管具有三次风上支管和三次风下支管，所述三次风上支管与所述分解炉的上三次风进风口连通，所述三次风下支管与所述起燃室的下三次风进风口连通。

4.根据权利要求3所述的带外置起燃室的分解炉梯度燃烧自脱硝系统，其特征在于：所述起燃室生料喂料口设在所述三次风下支管靠近起燃室的端部。

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