CN111960698A - 工业窑炉设备的燃料供给系统及方法、工业窑炉设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种工业窑炉设备的燃料供给系统，包括：分解炉；燃料供给装置；和预处理装置，设置在分解炉与燃料供给装置之间，用于对来自燃料供给装置的燃料进行预处理，其中：所述预处理装置为流态化装置，燃料适于在所述流态化装置内热解气化；且燃料在预处理装置内热解气化后形成的流体适于通入到分解炉。本发明还涉及一种工业窑炉设备的分解炉燃料供给方法以及一种工业窑炉设备。

Description

工业窑炉设备的燃料供给系统及方法、工业窑炉设备
技术领域
本发明的实施例涉及工业窑炉领域，尤其涉及一种工业窑炉设备的燃料供给系统及方法，一种工业窑炉设备。
背景技术
目前，国内外普遍采用的水泥生产工艺为新型干法水泥生产工艺，其中工业窑炉(例如回转窑)和分解炉是其工艺环节中的主要设备。
工业窑炉和分解炉是目前新型干法水泥生产工艺NOx排放的两大主要来源，水泥窑炉总体NOx排放水平较高，原始排放超过1000mg/Nm3。统计数据显示，水泥工业2017年的NOx排放量占到了全国NOx排放总量的10-12％，是我国雾霾天气的重要成因之一，严重危害大气环境和人类健康。由此可见，实现水泥窑炉低NOx排放对于大气污染治理具有重要战略意义。
工业窑炉是水泥熟料最终烧成装置，由于窑内为气固堆积式传热，传热效果较差，为了得到高质量水泥熟料，窑头煅烧气体温度高达1800℃，造成工业窑炉热力型NOx排放极高，占到所有热力型NOx排放的80％以上。而且，鉴于工业窑炉高温煅烧工艺的特点，此部分热力型NOx的生成无法避免。该部分NOx生成后将随烟气进入分解炉中。
分解炉是水泥生料分解装置，水泥生料在分解炉内分解需要吸收大量热量，这部分热量依靠煤燃烧提供，分解炉内燃烧需要的给煤量高于工业窑炉燃烧所需的给煤量(占所有给煤量的60％左右)，燃料燃烧过程中释放大量燃料型NOx，使得分解炉中的NOx进一步增加。
目前，水泥工业主要采用的低氮技术包括低氮燃烧器技术、分级燃烧技术以及二次脱硝技术。
低氮燃烧器技术应用于工业窑炉设备，水泥工业低氮燃烧器技术经历了单通道喷煤管、三通道喷煤管到四通道喷煤管的发展历程。从其发展历程来看，低氮燃烧器技术集中于燃烧器结构以及风、煤的配比，通过调整和优化燃烧器内部风道结构、以及内风/外风/送煤风的比例，大幅减少一次风(送煤风)的用量，从而实现NOx的减排。实际上，受操作控制水平和窑炉工况影响，采用低氮燃烧器技术，NOx的减排效果有限。
分级燃烧技术应用于分解炉设备，目前已经发展出常温燃料分级技术、空气分级技术以及两者相结合的技术，如中国专利申请201510116169.8、201520038805.5、201611241421.9以及201710569685.5等，分级燃烧技术受到燃料燃烧效率以及其他相关问题的制约，NOx减排效率只有20％左右，效果也非常有限。
二次脱硝技术应用于分解炉出口后端工艺环节，采用SCR(选择性催化还原)或者SNCR(选择性非催化还原)方法，通过喷入氨水、尿素或者其他还原剂将烟气中的NOx还原成N2。例如，中国专利申请201210301178.0、201210165337.9、201410395649.8和201310188069.7等。SNCR技术的NOx减排效率在60％左右，而SCR技术的NOx减排效率可达80％以上。不过，SNCR存在氨逃逸的二次污染等问题，而SCR技术的投资和运行成本非常昂贵，经济性较差。
现有技术存在如下缺陷：
(1)对于低氮燃烧器技术，由于常温煤被直接送入工业窑炉内燃烧，故对煤质的要求较高(热值高、灰分低)，另外，对煤颗粒的粒径分布也有较高的要求，要求入窑煤细度0.08mm方孔筛筛余小于8％。低氮燃烧器技术对于煤质和煤粒径的要求，极大限制了水泥生产工艺对燃料的适应性，同时也提高了煤磨的能耗。
(2)对于常温燃料分级技术，如果分级不够彻底，营造的还原性气氛区域和还原强度将十分有限，NOx减排效果将大打折扣，甚至没有效果。但是，如果燃料分级过度，又会衍生出其他问题。如果燃料向下(工业窑炉窑尾烟室)深度分级，虽然可以延长还原时间，但存在煤沉积、随水泥生料一起落入到工业窑炉尾部的风险，落入的煤在工业窑炉内燃烧易造成局部温度过高，引起工业窑炉进步结皮，甚至造成工业窑炉故障，带来巨大的停产损失；如果燃料向上(分解炉上部)深度分级，虽然可以多次营造还原性区域，但是容易因为煤停留时间不够，造成煤燃烧不完全，影响燃烧效率，从而导致整个水泥生产工艺系统热耗增加，另外，未燃尽的煤颗粒极有可能被分解炉出口末级旋风筒收集，从而进入工业窑炉尾部，同样局部超温结皮等问题。
(3)对于二次脱硝技术，SNCR技术的有效运行温度大概在800-1000℃范围内，极大地限制了其在水泥生产工艺环节中的应用，另外，SNCR技术由于普遍使用氨水或者尿素作为还原剂，面临还原剂消耗量大、运行费用高和氨逃逸引起的二次污染等问题。SCR脱硝技术目前成熟的催化剂应用温度范围在300-400℃之间，而这个温度范围对应的水泥工业环节刚好处在第一级旋风筒出口位置，该位置烟气含尘量非常高，对催化剂性能具有重要影响，甚至引起催化剂中毒失效，其高昂的投资成本、以及催化剂更换带来的高昂运行成本都难以被企业所接受。
发明内容
为缓解或解决上述问题中的至少一个方面或者至少一点，提出本发明。
根据本发明的实施例的一个方面，提出了一种工业窑炉设备的燃料供给系统，包括：
分解炉；
燃料供给装置；和
预处理装置，设置在分解炉与燃料供给装置之间，用于对来自燃料供给装置的燃料进行预处理，
其中：
所述预处理装置为流态化装置，燃料适于在所述流态化装置内热解气化；且
燃料在预处理装置内热解气化后形成的流体适于通入到分解炉。
根据本发明的实施例的另一方面，提出了一种工业窑炉设备的燃料供给方法，包括步骤：
提供分解炉和燃料供给装置；
在分解炉与燃料供给装置之间提供预处理装置，所述预处理装置为流态化装置，用于对来自燃料供给装置的燃料进行预处理；
使得燃料在所述预处理装置内热解气化；和
将热解气化的产物从预处理装置通到分解炉内。
根据本发明的实施例的又一方面，提出了一种用于工业窑炉设备，包括：工业窑炉；上述的燃料供给系统，其中：工业窑炉的窑尾烟气从分解炉的底部通入所述分解炉。
附图说明
以下描述与附图可以更好地帮助理解本发明所公布的各种实施例中的这些和其他特点、优点，图中相同的附图标记始终表示相同的部件，其中：
图1为根据本发明的一个示例性实施例的工业窑炉设备的燃料供给系统的示意图，其中仅设置有一个预处理装置；
图2为根据本发明的另一个示例性实施例的工业窑炉设备的燃料供给系统的示意图，其中设置有并置的多个预处理装置。
具体实施方式
下述参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体发明构思进行解释，而不应当理解为对本发明的一种限制。
针对现有的工业窑炉设备的低氮技术存在的问题，本发明从分解炉燃烧工艺入手，提出了一种基于燃料预热的工业窑炉设备的低氮燃烧工艺，其技术原理如下：摒弃原有的通过气力输送直接将常温煤送入分解炉内燃烧方法，而是：采用一台或多台流态化装置对(常温)燃料颗粒进行前处理，通过将燃料颗粒在高温下热解气化，形成细尺度的燃料颗粒，例如煤焦颗粒，以此实现对燃料的提质改性，改性后的细尺度燃料颗粒，连同燃料热解气化产生的煤气从预处理装置的出口流出，并被输送至分解炉内燃烧。
流态化的预处理装置加热燃料的热量可由少量燃料颗粒燃烧提供(燃烧份额在11％-30％范围)。具体的，来自燃料供给装置的燃料被送燃料风送入预处理装置，一部分燃料燃烧以维持预处理装置内部温度，对燃料进行自持预热(即通过燃料自身的部分燃烧释放热量，从而实现燃料的加热)，以产生例如煤焦和煤气的热解气化产物(统称高温燃料，需要注意的是，这里的高温燃料仅仅是一个统称，表示热解气化产物，其具体温度为多少，并没有限定，只是表明燃料经过预处理，已经高于被预处理的燃料的燃点温度)。
在一个可选的实施例中，燃料在预处理装置内燃烧的空气过量系数在0.11-0.3的范围内。在一个可选的实施例中，将预热装置内部温度维持在例如800～950℃之间。
通过控制预处理装置中的空气过量系数在0.11～0.3范围内，一方面使得燃料的温度提高至燃料着火点以上，例如在高于燃料着火点的800～950℃，形成高温燃料，高温燃料进入分解炉后与氧气相遇，即可直接燃烧；另一方面，使得燃料氮大部分脱除成为氮气，减少了后续燃料型NOx的产生。
由于预处理装置内为强还原气氛，燃料中的燃料氮向N2转化，从而减少了燃料型NOx的生成。经过流态化预处理装置处理过的燃料颗粒，其理化性质如燃料热值、含碳量、灰分含量、孔隙结构、孔隙度、以及粒径分布等都到明显改善，且燃料氮在还原性气氛下向N2转化，实现燃料氮的脱除。
高温燃料从分解炉的下部例如锥部位置进入分解炉内二次燃烧，在工业窑炉设备为水泥窑炉设备的情况下为水泥生料分解提供热量。为了保证高温燃料的燃烧效率，如图1所示，还可向分解炉内通入三次风，三次风通入位置位于高温燃料通入位置的上方，以便在两个位置之间形成还原性气氛区域，利用高温燃料的强还原作用将窑气(来自于工业窑炉1的尾部)中的NOx还原为N2。
现有技术中，三次风通入位置虽然同样位于冷煤粉通入位置上方，但是为了不影响煤粉的燃烧效率，三次风位置不能距离冷煤粉通入位置过远，这使得营造出的还原性区域范围受限。对于本发明提出的低氮燃烧工艺，冷煤粉经过预热处理后得到的高温燃料，其反应活性得到显著改造，进入分解炉后的燃烧反应速度远高于直接通入冷煤粉的燃烧速度，如此使得三次风通入位置可以进一步往上移动，加大三次风通入位置与高温燃料通入位置之间的距离，从而在不影响燃烧效率的情况下扩大还原性区域范围，强化NOx还原效果。
在本发明的一个实施例中，三次风入口与分解炉入口在高度方向上的距离不小于0.02H，其中H为分解炉的高度。
在本发明中，分解炉的高度H对应于分解炉的窑气入口(在分解炉上对应的入口截面)的中位线与分解炉出口(在分解炉上对应的出口截面)的中位线之间在竖向方向上的距离，后面提及的工业窑炉的窑尾烟气经由窑气入口进入到分解炉。
基于以上的提及的，三次风通入位置可以进一步往上移动，加大三次风通入位置与高温燃料通入位置之间的距离，在本发明的一个实施例中，三次风入口距离分解炉出口的高度h为分解炉高度H的0.3～0.8倍，即0.3H≤h≤0.8H；进一步的，三次风入口距离分解炉出口的高度h为分解炉高度H的0.4～0.6倍，即0.4H≤h≤0.6H。
需要指出的是，本发明的技术方案可以与分级燃烧技术存在本质的区别。在分级燃烧技术中，三次风逐层加入，在分解炉内形成还原区，而本发明的三次风入口设置，可以用于在同层一次通入全部的燃烧所需三次风，避免了三次风分级技术中出现的系统复杂和控制问题。
经过预处理后得到的高温燃料，由于进入分解炉后的燃烧反应速度加快，为了防止高温燃料在通入口附近聚集燃烧，造成局部范围内温度过高，引起结皮堵塞，高温燃料在喷入分解炉时必须具有较高的射流动量，才能穿透从分解炉底部进入分解炉的窑气，从而避免局部高温现象。为此，在本发明的一个示例性实施例中，高温燃料喷入分解炉的速度保持在40-70m/s范围内。
此外，在本发明的一个示例性实施例中，为了改善高温燃料通入位置所在区域的温度均匀性，经过预处理得到的高温燃料可以通过多个喷口进入分解炉，喷口在同一水平面或同一高度上沿分解炉的周向方向等间隔布置，例如喷口在同一水平面或高度方向上呈对称分布。
在本发明的一个示例性实施例中，为了防止高温燃料喷口被生料堵塞，高温燃料喷口所属管道以一定的向下倾斜角度与分解炉对接，高温燃料喷口所属管道的轴线与分解炉纵向轴线形成的夹角在45°-85°范围内。高温燃料通入分解炉内燃烧，产生的NOx将得到显著降低，另外，热解气化产物如煤焦和煤气的混合物具有较强的还原性，在燃烧过程中会将生成的NOx部分还原成N2，NOx排放进一步得到降低。
图1为根据本发明的一个示例性实施例的工业窑炉设备的燃料供给系统的示意图。
在图1以及后续的图2中，均以煤为例作为燃料，如本领域技术人员能够理解的，也可以是其他合适的燃料类型。
在图1-图2中，以水泥窑炉作为工业窑炉设备的一种示例，而且水泥窑炉包括回转窑。如本领域技术人员能够理解的，工业窑炉设备还可以是其他类型的窑炉设备，水泥窑炉的回转窑也可以是其他类型的工业窑炉。
下面参照附图1对本发明的工业窑炉设备的燃料供给系统做示例性说明。供煤系统包括预处理装置PH2、给煤装置4和分解炉2。
如图1所示，预处理装置PH2的出口管道与分解炉2相连通，进一步的，与分解炉2的下部锥体相连通。
预处理装置PH2为流态化预处理装置，其底部设置有进气或者布风装置，用于向流态化预处理装置通入流化风，煤颗粒从流态化预处理装置下部给入，若燃料煤为颗粒较细的煤时，可采用气力输送的方式，利用送煤风将煤颗粒送入流态化预处理装置，若燃料煤为粒径较大的毫米级的碎煤，则可利用螺旋给料机等将煤送入流态化预处理装置，所需的送煤风与流化风由鼓风机(未示出，其出口的风对应于预处理风)提供，并且通过各风路上设置的阀门进行风量控制与调节。进入流态化预处理装置的气体统称为预处理风。
鼓风机提供的空气通过阀门通往流态化预处理装置PH2，被称为PH2的预处理风。基于送入流态化预处理装置中的煤量，控制流态化预处理装PH2中预处理风的空气过量系数αph2在0.11-0.3的范围内，具体的，通过预处理风管道上的阀门实现预处理风的空气过量系数的控制。
如图1所示，水泥窑炉包括了回转窑1。回转窑1内高温燃料完全燃烧产生的高温窑气从窑尾流出，通入分解炉2的底部。
分解炉上设置有三次风入口，从预处理装置PH2出来的高温燃料从分解炉2下部进入分解炉内，与窑气充分混合，并与三次风相遇，完全燃烧，为水泥生料分解提供热量，其中控制三次风的量，使进入分解炉内的物料燃尽，对于图1所示的实施例，使得分解炉内的空气过量系数大于1.0(相对于分解炉的全部给煤量)。最后，所有烟气从分解炉2顶部流出，进入悬浮预热器末级旋风筒。
进入回转窑1的二次风可源自篦冷机熟料的冷却风，其风量会随着篦冷机的调节而发生变化，使得回转窑内空气过量系数(第一空气过量系数)发生改变(一般控制在1.16～1.4范围内)，从而影响到窑气的氧含量，进而影响分解炉内空气过量系数。分解炉2内空气过量系数(第二空气过量系数)控制在0.70-1.2的范围内,其也随着回转窑内空气过量系数的变化而变化，回转窑内空气过量系数增大，分解炉内空气过量系数则减小，反之亦然。在本发明中，第二空气过量系数对应于基于纯从分解炉2进入到分解炉内的空气(不包括窑气中的空气)对应的空气过量系数。
在本发明的一个实施例中，总体上，分解炉内空气过量系数(第二空气过量系数)与工业窑炉内空气过量系数(第一空气过量系数)之和控制在1.05～1.3之间。
在本发明的一个实施例中，分解炉入口在分解炉的高度方向上的从分解炉底部算起的0.03H-0.08H的范围内。
虽然没有示出，如前所述，还可以选择高温燃料通入到分解炉内的角度。在本发明的一个实施例中，高温燃料进入分解炉的轴线方向与分解炉的纵向轴线形成的锐角夹角在45°-85°的范围内。
在可选的实施例中，预处理风被分成两路，一路作为送煤风，将给煤装置给入的煤颗粒输送至预处理装置PH2的下部，另一路作为流化风从流态化预处理装置PH2的底部通入，通过底部的进气或者布风装置进入流态化预热装置内，对给入的煤颗粒进行流化，通过阀门控制送煤风和流化风的风量。在流化环境下，毫米级煤颗粒在0.11-0.3的空气过量系数条件下进行预处理，通过部分燃烧/气化反应，产生含有大量可燃气体(CO、CH4等)的高温烟气，在高温下煤颗粒互相撞击、发生气化/燃烧反应而破碎，形成细小尺度的煤焦颗粒，并随高温烟气从预处理装置PH2的出口离开。高温可燃气体和高温煤焦统称为高温燃料。
对于图1所示水泥窑炉系统，由于常温煤颗粒在通入分解炉2之前，经过流态化预处理装置的预处理，其物理化学性质发生明显变化。一方面，预处理后的高温煤焦颗粒燃烧本身产生的氮氧化物大幅度减少；另一方面，经过预处理后的高温煤焦颗粒，由于粒径更小，比表面积更大，进入分解炉2之后更容易吸附烟气中的氮氧化物，加之高温可燃气体的还原性，使得对于烟气中氮氧化物的整体还原作用得到显著加强，进一步减少了NOx的排放。高温燃料特性相对于常温燃料特性显著提高，因此，降低了分解炉燃料煤种特性的影响，提高了系统的煤种适应性。
本发明提供的一种工业窑炉设备，可以燃用烟煤、无烟煤、半焦、气化残炭等多种不同品位燃料。
预处理装置内的温度可以根据预处理的燃料的着火点来确定，例如，高于燃料着火点50～200℃。对于图1所示的实施例，也可以进行变换，但是在回转窑内的空气过量系数大于1，分解炉内的空气过量系数大于1。具体的变换可以为例如：
(1)图1中所示的流态化预处理装置可采用鼓泡床、循环流化床、喷动床、悬浮床以及其它类似装置，不仅限于某种具体的床层形式。在流态化预处理装置为循环流化床形式的情况下，通过燃料在循环流化床内的大量循环和返混，可实现有效的燃料氮脱除。
(2)根据水泥生产线规模以及给煤量，预处理装置的数量可以灵活调整，比如，分解炉2可以采用多台流态化预处理装置并联的形式，如图2所示。
本发明提出的上述技术方案，至少具有以下优点之一：
a、煤进入分解炉之前，通过流态化预处理装置对煤燃料进行提质改性，使得工业窑炉设备可以燃用劣质煤，降低了工业窑炉设备对燃煤品质的要求，增强了燃料的适应性。
b、毫米级的原始煤颗粒经过流态化预处理装置处理后，变成微米级的高温煤焦颗粒，然后再进入分解炉内燃烧，降低了工业窑炉设备对煤颗粒粒径的要求，煤颗粒粒径分布可以更加宽泛，大幅降低了煤磨的能耗。
c、采用本发明提出的低氮燃烧工艺，分解炉内的NOx原始排放浓度可以降低到200mg/Nm3以下，无需再配备二次脱硝系统，避免了SNCR的环境污染问题以及SCR的高成本问题。
需要指出的是，在本发明中，对于数值范围，如没有明确说明不包括端点值，则包括数值范围的端点值。此外，如本领域技术人员能够理解的，对于数值范围内的取值，例如可以为该数值范围的中值、三分之一值或者三分之二值或者其他的数值。
基于以上，如图1-2所示，本发明的实施例提出了如下技术方案：
1、一种工业窑炉设备的燃料供给系统，包括：
分解炉；
燃料供给装置；和
预处理装置，设置在分解炉与燃料供给装置之间，用于对来自燃料供给装置的燃料进行预处理，
其中：
所述预处理装置为流态化装置，燃料适于在所述流态化装置内热解气化；且
燃料在预处理装置内热解气化后形成的流体适于通入到分解炉。
2、根据1所述的燃料供给系统，其中：
预处理装置连接有流化风管道与送燃料风管道，其中流化风与送燃料风共同形成一次风。
3、根据1所述的燃料供给系统，其中：
分解炉设置有分解炉入口和三次风入口，
预处理装置内热解气化后形成的流体经由分解炉入口进入分解炉；
三次风自所述三次风入口进入所述分解炉；且
三次风入口高于所述分解炉入口。
4、根据3所述的燃料供给系统，其中：
所述分解炉入口在分解炉的高度方向上的从分解炉底部算起的0.03H-0.08H的范围内，其中H为分解炉的高度。
5、根据4所述的燃料供给系统，其中：
分解炉的侧壁的下部设置有分解炉入口，预处理装置内热解气化后形成的流体经由分解炉入口进入分解炉；
所述分解炉入口的入口轴线倾斜向下且与分解炉的纵向轴线形成的锐角夹角在45°-85°的范围内。
6、根据3-5中任一项所述的燃料供给系统，其中：
三次风入口与分解炉入口在高度方向上的距离不小于0.02H，其中H为分解炉的高度；或者
三次风入口与分解炉出口在高度方向上的距离h为0.3H≤h≤0.8H，其中H为分解炉的高度。
7、根据6所述的燃料供给系统，其中：
三次风入口与分解炉出口在高度方向上的距离h为0.4H≤h≤0.6H。
8、根据6所述的燃料供给系统，其中：
所述三次风入口仅包括同层布置的一个入口或多个入口。
9、根据1所述的燃料供给系统，其中：
分解炉的侧壁的下部设置有分解炉入口，预处理装置内热解气化后形成的流体经由分解炉入口进入分解炉；
所述分解炉入口的入口轴线倾斜向下且与分解炉的纵向轴线形成的锐角夹角在45°-85°的范围内。
10、根据9所述的燃料供给系统，其中：
所述分解炉入口在分解炉的高度方向上的从分解炉底部算起的0.03H-0.08H的范围内，其中H为分解炉的高度。
11、根据1所述的燃料供给系统，其中：
分解炉的侧壁的下部设置有分解炉入口，预处理装置内热解气化后形成的流体经由分解炉入口进入分解炉；
预处理装置的流体出口具有第一横截面积，分解炉入口具有第二横截面积，第二横截面积与第一横截面积的比值在0.4-1.0的范围内。
12、根据11所述的燃料供给系统，其中：
第二横截面积与第一横截面积的比值在0.4-0.8的范围内。
13、根据1所述的燃料供给系统，其中：
分解炉的侧壁的下部设置有分解炉入口，预处理装置内热解气化后形成的流体经由分解炉入口进入分解炉；
所述分解炉入口包括多个，且多个分解炉入口在同一水平面或同一高度上沿所述分解炉的周向方向等间隔布置。
14、根据1所述的燃料供给系统，其中：
所述预处理装置为单个流态化装置，在该单个流态化装置内热解气化后形成的流体分别各自通入所述分解炉；或者
所述预处理装置为多个并联的子流态化装置，在该并联的子流态化装置内热解气化后形成的流体汇总后通入所述分解炉。
15、根据1所述的燃料供给系统，其中：
所述流态化装置包括鼓泡床或循环流化床或喷动床或悬浮床。
16、根据1所述的燃料供给系统，其中：
所述燃料供给系统包括鼓风机，所述鼓风机为预处理装置提供送燃料风与流化风。
17、根据1所述的燃料供给系统，其中：
预处理装置的燃料供给口设置在预处理装置的下部侧面，而预处理装置的流化风风口设置在预处理装置的底侧。
18、根据1所述的燃料供给系统，还包括：
控制部，所述控制部控制分解炉内空气过量系数与预处理装置内空气过量系数之和在1.05～1.3的范围内。
19、根据1所述的燃料供给系统，其中：
所述工业窑炉设备为水泥窑炉，所述燃料包括煤。
20、一种工业窑炉设备的燃料供给方法，包括步骤：
提供分解炉和燃料供给装置；
在分解炉与燃料供给装置之间提供预处理装置，所述预处理装置为流态化装置，用于对来自燃料供给装置的燃料进行预处理；
使得燃料在所述预处理装置内热解气化；和
将热解气化的产物从预处理装置通到分解炉内。
21、根据20所述的方法，还包括步骤：
在所述预处理装置中，将毫米级的煤颗粒加热至800-950℃并进行预处理以获得粒径为微米级的煤焦颗粒。
22、根据20所述的方法，其中：
预处理装置连接有流化风管道与送燃料风管道，其中流化风与送燃料风共同形成一次风；且
所述一次风的空气过量系数在0.11-0.3的范围内。
23、根据20所述的方法，其中：
所述工业窑炉设备包括工业窑炉，工业窑炉的窑尾烟气从分解炉的底部通入所述分解炉；
所述方法还包括步骤：控制所述工业窑炉中的第一空气过量系数在1.16～1.4的范围内，且控制自所述分解炉进入所述分解炉内的第二空气过量系数在0.70-1.2的范围内。
24、根据23所述的方法，还包括步骤：
控制第一空气过量系数与第二空气过量系数之和在1.05～1.3的范围内。
25、根据20-24中任一项所述的方法，其中：
所述工业窑炉设备为水泥窑炉，所述燃料包括煤。
26、根据25所述的方法，其中：
所述方法包括步骤：使得所述预处理装置内的温度比通入到预处理装置内的燃料的着火点高50-200℃。
27、根据20所述的方法，包括步骤：
使得热解气化的产物从预处理装置通到分解炉内的流速在40-70m/s的范围内。
28、一种工业窑炉设备，包括：
工业窑炉；和
根据1-19中任一项所述的燃料供给系统，
其中：
工业窑炉的窑尾烟气从所述分解炉的底部通入到分解炉。
29、根据28所述的工业窑炉设备，其中：
所述窑尾烟气从分解炉的底部通入到分解炉内；且
所述燃料供给系统为根据5-10中任一项所述的燃料供给系统。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行变化、要素组合，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (29)

1.一种工业窑炉设备的燃料供给系统，包括：
分解炉；
燃料供给装置；和
预处理装置，设置在分解炉与燃料供给装置之间，用于对来自燃料供给装置的燃料进行预处理，
其中：
所述预处理装置为流态化装置，燃料适于在所述流态化装置内热解气化；且
燃料在预处理装置内热解气化后形成的流体适于通入到分解炉。
2.根据权利要求1所述的燃料供给系统，其中：
预处理装置连接有流化风管道与送燃料风管道，其中流化风与送燃料风共同形成一次风。
3.根据权利要求1所述的燃料供给系统，其中：
分解炉设置有分解炉入口和三次风入口，
预处理装置内热解气化后形成的流体经由分解炉入口进入分解炉；
三次风自所述三次风入口进入所述分解炉；且
三次风入口高于所述分解炉入口。
4.根据权利要求3所述的燃料供给系统，其中：
所述分解炉入口在分解炉的高度方向上的从分解炉底部算起的0.03H-0.08H的范围内，其中H为分解炉的高度。
5.根据权利要求4所述的燃料供给系统，其中：
分解炉的侧壁的下部设置有分解炉入口，预处理装置内热解气化后形成的流体经由分解炉入口进入分解炉；
所述分解炉入口的入口轴线倾斜向下且与分解炉的纵向轴线形成的锐角夹角在45°-85°的范围内。
6.根据权利要求3-5中任一项所述的燃料供给系统，其中：
三次风入口与分解炉入口在高度方向上的距离不小于0.02H，其中H为分解炉的高度；或者
三次风入口与分解炉出口在高度方向上的距离h为0.3H≤h≤0.8H，其中H为分解炉的高度。
7.根据权利要求6所述的燃料供给系统，其中：
三次风入口与分解炉出口在高度方向上的距离h为0.4H≤h≤0.6H。
8.根据权利要求6所述的燃料供给系统，其中：
所述三次风入口仅包括同层布置的一个入口或多个入口。
9.根据权利要求1所述的燃料供给系统，其中：
分解炉的侧壁的下部设置有分解炉入口，预处理装置内热解气化后形成的流体经由分解炉入口进入分解炉；
所述分解炉入口的入口轴线倾斜向下且与分解炉的纵向轴线形成的锐角夹角在45°-85°的范围内。
10.根据权利要求9所述的燃料供给系统，其中：
所述分解炉入口在分解炉的高度方向上的从分解炉底部算起的0.03H-0.08H的范围内，其中H为分解炉的高度。
11.根据权利要求1所述的燃料供给系统，其中：
分解炉的侧壁的下部设置有分解炉入口，预处理装置内热解气化后形成的流体经由分解炉入口进入分解炉；
预处理装置的流体出口具有第一横截面积，分解炉入口具有第二横截面积，第二横截面积与第一横截面积的比值在0.4-1.0的范围内。
12.根据权利要求11所述的燃料供给系统，其中：
第二横截面积与第一横截面积的比值在0.4-0.8的范围内。
13.根据权利要求1所述的燃料供给系统，其中：
分解炉的侧壁的下部设置有分解炉入口，预处理装置内热解气化后形成的流体经由分解炉入口进入分解炉；
所述分解炉入口包括多个，且多个分解炉入口在同一水平面或同一高度上沿所述分解炉的周向方向等间隔布置。
14.根据权利要求1所述的燃料供给系统，其中：
所述预处理装置为单个流态化装置，在该单个流态化装置内热解气化后形成的流体分别各自通入所述分解炉；或者
所述预处理装置为多个并联的子流态化装置，在该并联的子流态化装置内热解气化后形成的流体汇总后通入所述分解炉。
15.根据权利要求1所述的燃料供给系统，其中：
所述流态化装置包括鼓泡床或循环流化床或喷动床或悬浮床。
16.根据权利要求1所述的燃料供给系统，其中：
所述燃料供给系统包括鼓风机，所述鼓风机为预处理装置提供送燃料风与流化风。
17.根据权利要求1所述的燃料供给系统，其中：
预处理装置的燃料供给口设置在预处理装置的下部侧面，而预处理装置的流化风风口设置在预处理装置的底侧。
18.根据权利要求1所述的燃料供给系统，还包括：
控制部，所述控制部控制分解炉内空气过量系数与预处理装置内空气过量系数之和在1.05～1.3的范围内。
19.根据权利要求1所述的燃料供给系统，其中：
所述工业窑炉设备为水泥窑炉，所述燃料包括煤。
20.一种工业窑炉设备的燃料供给方法，包括步骤：
提供分解炉和燃料供给装置；
在分解炉与燃料供给装置之间提供预处理装置，所述预处理装置为流态化装置，用于对来自燃料供给装置的燃料进行预处理；
使得燃料在所述预处理装置内热解气化；和
将热解气化的产物从预处理装置通到分解炉内。
21.根据权利要求20所述的方法，还包括步骤：
在所述预处理装置中，将毫米级的煤颗粒加热至800-950℃并进行预处理以获得粒径为微米级的煤焦颗粒。
22.根据权利要求20所述的方法，其中：
预处理装置连接有流化风管道与送燃料风管道，其中流化风与送燃料风共同形成一次风；且
所述一次风的空气过量系数在0.11-0.3的范围内。
23.根据权利要求20所述的方法，其中：
所述工业窑炉设备包括工业窑炉，工业窑炉的窑尾烟气从分解炉的底部通入所述分解炉；
所述方法还包括步骤：控制所述工业窑炉中的第一空气过量系数在1.16～1.4的范围内，且控制自所述分解炉进入所述分解炉内的第二空气过量系数在0.70-1.2的范围内。
24.根据权利要求23所述的方法，还包括步骤：
控制第一空气过量系数与第二空气过量系数之和在1.05～1.3的范围内。
25.根据权利要求20-24中任一项所述的方法，其中：
所述工业窑炉设备为水泥窑炉，所述燃料包括煤。
26.根据权利要求25所述的方法，其中：
所述方法包括步骤：使得所述预处理装置内的温度比通入到预处理装置内的燃料的着火点高50-200℃。
27.根据权利要求20所述的方法，包括步骤：
使得热解气化的产物从预处理装置通到分解炉内的流速在40-70m/s的范围内。
28.一种工业窑炉设备，包括：
工业窑炉；和
根据权利要求1-19中任一项所述的燃料供给系统，
其中：
工业窑炉的窑尾烟气从所述分解炉的底部通入到分解炉。
29.根据权利要求28所述的工业窑炉设备，其中：
所述窑尾烟气从分解炉的底部通入到分解炉内；且
所述燃料供给系统为根据权利要求5-10中任一项所述的燃料供给系统。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114263905A (zh) * 2021-12-23 2022-04-01 中国科学院工程热物理研究所 一种预热燃料气化喷口

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107842849A (zh) * 2017-10-31 2018-03-27 中国科学院力学研究所 一种水泥分解炉煤粉预气化低nox燃烧系统及方法

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1446241A (en) * 1974-03-22 1976-08-18 Smdth Co As F L Method of and plant for calcinating pulverous raw material
JPS52108423A (en) * 1976-03-09 1977-09-10 Onoda Cement Co Ltd Apparatus for baking cement by using minute powdery coal
DE2931214C2 (de) * 1979-08-01 1986-06-12 Klöckner-Humboldt-Deutz AG, 5000 Köln Verfahren und Vorrichtung zur Trocknung und Feinmahlung von Kohle
DK163089A (da) * 1989-04-05 1990-10-06 Smidth & Co As F L Reduktion af emission af nitrogenoxide (nox) fra et ovnanlaeg
DE19608093C2 (de) * 1996-03-02 2000-08-10 Krc Umwelttechnik Gmbh Verfahren zur Verwertung von Rest- und Abfallstoffen sowie heizwertarmen Brennstoffen in einem Zementofen
US6210154B1 (en) * 1997-04-22 2001-04-03 Blue Circle Industries, Inc. Treatment of exhaust gases from kilns
DE202005021660U1 (de) * 2005-10-04 2009-03-05 Siemens Aktiengesellschaft Vorrichtung zur geregelten Zufuhr von Brennstaub in einem Flugstromvergaser
CN201606882U (zh) * 2010-01-15 2010-10-13 张圣东 循环流化炉排高效焚烧炉
JP5578907B2 (ja) * 2010-03-29 2014-08-27 三菱重工業株式会社 石炭ガス化複合発電プラント
CN102061211B (zh) * 2011-01-04 2013-08-28 内蒙古工业大学 水泥生产中一体化褐煤催化轻度热解提质集成系统及工艺
US10759696B2 (en) * 2015-01-30 2020-09-01 Scb International Holdings, Llc Cement kiln fuel treatment
CN105953224B (zh) * 2016-06-20 2019-02-26 上海三融环保工程有限公司 一种用于水泥分解炉的饱和蒸汽催化燃烧器
CN206113624U (zh) * 2016-07-27 2017-04-19 北京凯盛建材工程有限公司 一种应用于水泥窑炉降低水泥窑NOx排放量的全过程低氮燃烧装置
CN106066126A (zh) * 2016-07-27 2016-11-02 北京凯盛建材工程有限公司 一种应用于水泥窑炉降低水泥窑NOx排放量的全过程低氮燃烧技术
CN107325844B (zh) * 2017-06-01 2020-09-29 石家庄新华能源环保科技股份有限公司 一种功能性气化生产系统
CN107860018A (zh) * 2017-10-31 2018-03-30 中国科学院力学研究所 一种带有煤粉预气化室的水泥回转窑炉
CN109111136A (zh) * 2018-10-11 2019-01-01 北京汉能清源科技有限公司 水泥窑低质煤高效燃烧系统及方法
CN109320116A (zh) * 2018-11-21 2019-02-12 浙江大东吴集团建设有限公司 污泥作为燃料的陶粒烧结配套设备组
CN109336436A (zh) * 2018-11-21 2019-02-15 浙江大东吴集团建设有限公司 污泥作为燃料的陶粒制备生产线

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107842849A (zh) * 2017-10-31 2018-03-27 中国科学院力学研究所 一种水泥分解炉煤粉预气化低nox燃烧系统及方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114263905A (zh) * 2021-12-23 2022-04-01 中国科学院工程热物理研究所 一种预热燃料气化喷口

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