CN113465366A - 一种回转窑低氮燃烧装置及生产方法 - Google Patents

一种回转窑低氮燃烧装置及生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种回转窑低氮燃烧装置及生产方法。该设备包括冷却器、低氮燃烧器、二次风管、回转窑、分解炉和预热器；分解炉的下炉体设有下喂煤装置和下三次风管，上炉体的中下部设有上喂煤装置和上三次风管；预热器的进料口与所述分解炉连通，预热器的出风口与冷却器的进风口连通，冷却器的出风口分别与二次风管、下三次风管及上三次风管连通；二次风管内部为螺旋状通风通道；二次风管的一端从回转窑的窑头进入回转窑并紧贴窑壁设置。本发明将预热器、冷却器、回转窑和分解炉作为一个整体，结合低氮燃烧器、分级燃烧和O2/CO2燃烧技术，同时控制回转窑和分解炉内NOx的生成并加强对已有NOx的还原，对全过程的NOx进行控制，极大地降低NOx的排放量。

Description

一种回转窑低氮燃烧装置及生产方法
技术领域
本发明涉及回转窑节能减排领域，尤其涉及一种回转窑低氮燃烧装置及生产方法。
背景技术
从1985年开始我国的水泥产量就一直稳居世界首位，2020年我国水泥产量高达23.7亿吨。水泥产量越来越多，但水泥生产却是一个高耗能、高污染的过程。目前，水泥行业已经直追热力发电和交通运输行业成为我国第三大NOx排放源。水泥在煅烧过程中由于窑内煅烧温度高、煅烧带高温相对集中、生料高温分解等，会产生大量NOx，同时还有很多高浓度金属氧化物产生，这都使得水泥NOx的脱除效果并不理想。目前水泥行业已经执行了特别排放限值，水泥行业的高效低氮减排刻不容缓。
当前水泥行业NOx控制技术主要分为过程控制和末端治理，过程控制主要有低氮燃烧器技术和分级燃烧技术，这都是从根本上控制氮氧化物生成的措施，末端治理分为非选择性催化还原(SNCR)和选择性催化还原(SCR)，是对已经生成的NOx进行处理。
目前，低氮燃烧器已经得到了广泛应用，凭借其特殊的结构可以控制风煤比，实现低氮燃烧。但目前窑头燃烧器依然存在推力小，风、煤混合不均匀，燃料燃尽率低等问题，所以目前仅采用低氮燃烧器控制氮氧化物的生成，其脱硝效率仅在10％～15％，低氮效果并不明显。
在分解炉采用分级燃烧技术控制三次风或燃料分级供入，在分解炉高温区域形成还原气氛，在降低分解炉内NOx生成的同时还原从回转窑窑尾烟室所进入的烟气中的NOx。目前，分级燃烧的脱硝效率并不高，在10％～30％的范围内，并且分解炉内燃烧温度一般控制在850℃～1050℃左右，这使得分解炉内分级低NOx燃烧带来的燃料燃尽问题尤为突出。
在末端治理方面，目前普遍采用SNCR炉内喷氨脱除NOx，但SNCR系统脱氮效率不高，且分解炉内高浓度的CaO对喷氨脱硝具有明显的抑制作用，若要达到NOx排放标准就得喷入过量氨水，这又会造成氨逃逸的问题。若采用SCR脱硝技术，虽然可以达到90％以上的NOx脱除效率，但窑炉内大量的碱金属又会造成催化剂中毒和堵塞的问题并且该技术还存在初始投资和运行费用高等的问题。
发明内容
(一)要解决的技术问题
鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种回转窑低氮燃烧装置及生产方法，其解决了现有的水泥煅烧时采用单一低氮燃烧技术、粗放式管理使得回转窑低氮燃烧达不到理想目标的技术问题。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
第一方面，本发明实施例提供一种回转窑低氮燃烧装置，包括冷却器、低氮燃烧器、二次风管、回转窑、分解炉和预热器；所述低氮燃烧器和冷却器均设置在回转窑的窑头，所述回转窑的窑尾设有窑尾烟室，所述窑尾烟室通过上升烟道与所述分解炉的下炉体连接；所述分解炉的下炉体的下部设有下喂煤装置、上部设有下三次风管；所述分解炉的上炉体的中下部设有上喂煤装置和上三次风管；所述预热器的出料口与所述分解炉连通，所述预热器的出风口与冷却器的进风口连通，所述冷却器的出风口分别与二次风管、下三次风管及上三次风管连通；所述二次风管内部为螺旋状通风通道；所述二次风管的一端从回转窑的窑头进入所述回转窑并紧贴窑内壁设置。
较佳地，所述二次风管的一端露出窑体外，另一端通入窑体内部。
较佳地，所述回转窑内设置有至少两个二次风管；每个二次风管在所述回转窑内壁均匀的设置。
较佳地，所述下三次风管的个数为2，两个下三次风管对称的分布在分解炉两侧；
所述上喂煤装置的个数为2，两个上喂煤装置对称的分布在分解炉两侧；
所述下喂煤装置的个数为2，两个下喂煤装置对称的分布在分解炉两侧；
所述上三次风管的个数为2，两个上三次风管对称的分布在分解炉两侧。
较佳地，所述下三次风管和所述上三次风管的出口段内部均为S型气流通道设计。
较佳地，所述回转窑与水平面的夹角为1-3°。
本发明的另一个实施例公开了一种基于回转窑低氮燃烧装置的生产方法，包括如下步骤：
S1：通过低氮燃烧器将煤粉和一次风喷入回转窑，回转窑内的高温烟气从窑尾依次经过窑尾烟室、上升烟道和分解炉进入预热器；
S2：从上喂煤装置和下喂煤装置中通入煤粉；将生料从预热器喂入分解炉中生料在分解炉中分解后进入回转窑中煅烧，熟料继续进入冷却器中冷却；
S3：从预热器出来的烟气混合富氧空气后通入冷却器中冷却产品，冷却器排出高温混合风；将高温混合风分为三路，第一路为进入二次风管的二次风，第二路为进入上三次风管的上三次风，第三路为进入下三次风管的上三次风，上三次风和下三次风均通入分解炉中。
较佳地，所述的下喂煤装置通入的煤粉的量占下喂煤装置和上喂煤装置通入煤粉总量的10％-30％。
较佳地，下三次风管与上三次分管之间的空气过量系数为0.7-0.9。
较佳地，上三次风量占总三次风量的5％～40％。
(三)有益效果
本发明的有益效果是：1、本发明将预热器、冷却器、回转窑和分解炉作为一个整体，结合低氮燃烧器、分级燃烧和O2/CO2燃烧技术，同时控制回转窑和分解炉内NOx的生成并加强对已有NOx的还原，对全过程的NOx进行控制，极大地降低NOx的排放量。
2、由于本发明的二次风管为螺旋状贴壁布置，适当延长了二次风在窑内的输送距离，充分利用窑体热加热二次风，在降低回转窑表面热损的同时能够有效提二次风的温度。
3、本发明的上/下三次风管出口处连接分解炉的位置采用S形气流通道，能够增强对三次风的扰动，加强三次风与燃料、烟气的混合，能够有效提高燃料燃尽率、生料分解率，强化分级燃烧的效果。
4、本发明采用O2/CO2燃烧技术回收部分窑尾烟气，减小了烟气热损，增加了烟气中CO2浓度，有利于后续对CO2的回收处理。
5、本发明的方法无需运行费用，降低了窑炉系统脱硝的成本。
附图说明
图1为回转窑低氮燃烧装置的结构示意图。
图2为二次风管的结构图。
图3为上/下三次风管与分解炉的连接结构图。
【附图标记说明】
1：冷却器；2：低氮燃烧器；3：二次风管；4：回转窑；5：窑尾烟室；6：上升烟道；7：下喂煤装置；8：分解炉；9：下三次风管；10：上喂煤装置；11：上三次风管；12：预热器。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
实施例1
本发明首次提出一种回转窑低氮燃烧装置，如图所示1-3，包括冷却器1、低氮燃烧器2、二次风管3、回转窑4、分解炉8和预热器12。回转窑4与水平面的夹角为1-3°。低氮燃烧器2和冷却器1均设置在回转窑4的窑头，回转窑4的窑尾设有窑尾烟室5。分解炉8包括锥型下炉体和上炉体，窑尾烟室5通过上升烟道6与分解炉8的下炉体连接。分解炉8的下炉体的下部设有两个下喂煤装置7、上部设有两个下三次风管9，两个下喂煤装置对称的分布在分解炉8两侧，两个下三次风管对称的分布在分解炉8两侧，下喂煤装置7设置在靠近窑尾烟室5的一端。分解炉8的上炉体的中下部设有两个上喂煤装置8和两个上三次风管11，两个上喂煤装置对称的分布在分解炉8两侧，两个上三次风管对称的分布在分解炉8两侧，上喂煤装置10设置在靠近下三次风管9的位置。预热器12的出料口与分解炉8连通，预热器12的出风口与冷却器1的进风口连通，冷却器1的出风口分别与二次风管3、下三次风管9及上三次风管11连通。
如图2所示，二次风管3内部为螺旋状通风通道，二次风管3的一端从回转窑4的窑头进入回转窑4并紧贴窑内壁设置，二次风管3的另一端露出窑体外。回转窑4内设置有至少两个二次风管3；每个二次风管3在回转窑4内壁均匀的设置。
如图3所示，本实施例中可以将下三次分管9和上三次风管11的出口段内部均为S型气流通道。
本实施例中，可以在预热器12和冷却器1之间设置余热锅炉和除尘器，从预热器出来的烟气依次经过余热锅炉和除尘器后，烟气温度降低且除去了烟气中的灰尘，低温烟气进入冷却器，在冷却器中冷却产品。
本发明中将二次风管3内部设置为螺旋状贴壁布置，适当延长了二次风在窑内输送距离，充分利用窑体热加热二次风，提高助燃风温度。
将三次风管出口设计为S形通道，强化了分级燃烧，抑制炉内NOx的生成并还原烟气中已有的NOx。S形结构增强了对三次风的扰动，使喷出的三次风与炉内燃料、烟气发生剧烈混合，增强了燃烧效果，提高了燃料燃尽率、生料分解率，强化了分级燃烧的效果，有利于实现分解炉低氮的控制。
实施例2
本实施例提出一种基于回转窑低氮燃烧装置的生产方法，该方法采用本发明记载的回转窑低氮燃烧装置，包括如下步骤：
S1：通过低氮燃烧器将煤粉和一次风喷入回转窑，回转窑内的高温烟气从窑尾依次经过窑尾烟室、上升烟道和分解炉进入预热器。较低的一次风量使煤粉实现低氧燃烧，抑制NOx的生成。
S2：从上喂煤装置和下喂煤装置中通入煤粉，下喂煤装置通入的煤粉的量占下喂煤装置和上喂煤装置通入煤粉总量的10％-30％。将生料从预热器喂入分解炉中生料在分解炉中分解后在回转窑中煅烧得到产品，熟料继续进入冷却器中。回转窑中的烟气依次经过窑尾烟室和分解炉进入预热器中，生料在分解炉内850℃～1050℃的温度下预热并达到部分预分解之后经过窑尾烟室到达回转窑尾部，在回转窑旋转和倾斜的作用下，由窑尾部向窑头翻搅着运动，在窑内完成高温煅烧，完成煅烧的熟料在窑头被排出进入冷却器快速冷却备用。整个煅烧过程中生料与高温烟气逆向流动，实现充分煅烧。回转窑中的烟气在分解炉和预热器中预热完生料之后温度降至200℃左右。
S3：从预热器出来的烟气经过余热锅炉降温，再经过除尘器除尘，得到干净的低温烟气，干净的低温烟气混合富氧空气后通入冷却器中冷却产品，经过冷却器后变为高温混合风，将高温混合风分为三路，第一路为进入二次风管的二次风，第二路为进入上三次风管的上三次风，第三路为进入下三次风管的下三次风，上三次风和下三次风均通入分解炉中。其中，下三次风管与上三次分管之间的空气过量系数为0.7-0.9。上三次风的风量占总三次风量(上三次风加上下三次风)的5％～40％。
二次风通过二次风管送入回转窑窑头，在经过窑体内壁二次升温后进入窑内参与燃烧，二次风进入回转窑后被多通道低氮燃烧器卷吸与低温一次风、燃料混合，使未着火的燃料快速加热着火，为生料的高温煅烧提供条件，此时窑内气相温度可超过1700℃。所使用的二次风为再循环烟气混合富氧空气，以CO2代替原有的N2，低N2含量的助燃风从源头上降低了NOx的生成。其中二次风管呈螺旋状从窑头进入回转窑并紧靠窑壁设置，二次风在二次风管内再次升温之后进入窑内，既充分利用了窑体热降低了回转窑表面热损又提高了助燃风温度。
在分解炉处采用燃料空气分级燃烧，控制三次风和燃料分两路进入分解炉，在抑制分解炉内NOx生成的同时还原烟气中已经存在的大量NOx。采用燃料分级技术使10％～30％的煤粉从下喂煤装置进入分解炉内，煤粉在缺氧环境下预热、燃烧并产生大量的还原性物质，使下喂煤装置与下三次风管之间形成强还原区大量还原烟气中的NOx。采用空气分级燃烧，抽取5％～40％的三次风从分解炉上炉体送入，通过上三次风管的开关阀门控制下三次风管与上三次风管之间的空气过量系数在0.7—0.9之间，在此区间内形成弱还原区扩大还原区域的范围，继续还原已生成的NOx和抑制NOx的生成。未完全燃烧的煤粉在上三次风管上端完全燃烧，减少燃料浪费。通过上述措施在分解炉内形成强还原区和弱还原区，扩大了还原区范围、保证了还原反应时间，能够切实有效的实现低氮的目标。
可以采用本发明的装置生产水泥。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种回转窑低氮燃烧装置，包括冷却器(1)、低氮燃烧器(2)、二次风管(3)、回转窑(4)、分解炉(8)和预热器(12)；所述低氮燃烧器(2)和冷却器(1)均设置在回转窑(4)的窑头，所述回转窑(4)的窑尾设有窑尾烟室(5)，所述窑尾烟室(5)通过上升烟道(6)与所述分解炉(8)的下炉体连接；所述分解炉(8)的下炉体的下部设有下喂煤装置(7)、上部设有下三次风管(9)；所述分解炉(8)的上炉体的中下部设有上喂煤装置(10)和上三次风管(11)；所述预热器(12)的出料口与所述分解炉(8)连通，所述预热器(12)的出风口与冷却器(1)的进风口连通，所述冷却器(1)的出风口分别与二次风管(3)、下三次风管(9)及上三次风管(11)连通；其特征在于：
所述二次风管(3)内部为螺旋状通风通道；所述二次风管(3)的一端从回转窑(4)的窑头进入所述回转窑(4)并紧贴窑内壁设置。
2.如权利要求1所述的回转窑低氮燃烧装置，其特征在于：所述二次风管(3)的一端露出窑体外，另一端通入回转窑(4)的窑体内部。
3.如权利要求1所述的回转窑低氮燃烧装置，其特征在于：所述回转窑(4)内设置有至少两个二次风管(3)；每个二次风管(3)在所述回转窑(4)内壁均匀的设置。
4.如权利要求1所述的回转窑低氮燃烧装置，其特征在于：所述下三次风管(9)的个数为2，两个下三次风管(9)对称的分布在分解炉(8)两侧；
所述上喂煤装置(10)的个数为2，两个上喂煤装置(10)对称的分布在分解炉(8)两侧；
所述下喂煤装置(7)的个数为2，两个下喂煤装置(7)对称的分布在分解炉(8)两侧；
所述上三次风管(11)的个数为2，两个上三次风管(11)对称的分布在分解炉(8)两侧。
5.如权利要求8所述的回转窑低氮燃烧装置，其特征在于：所述下三次风管(9)和所述上三次风管(11)的出口段内部均为S型气流通道。
6.如权利要求1所述的回转窑低氮燃烧装置，其特征在于：所述回转窑(4)与水平面的夹角为1-3°。
7.一种基于权利要求1-6所述的任一项回转窑低氮燃烧装置的生产方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：通过低氮燃烧器将煤粉和一次风喷入回转窑，回转窑内的高温烟气从窑尾依次经过窑尾烟室、上升烟道和分解炉进入预热器；
S2：从上喂煤装置和下喂煤装置中通入煤粉；将生料从预热器喂入分解炉中生料在分解炉中分解后进入回转窑中煅烧，熟料继续进入冷却器中冷却；
S3：从预热器出来的烟气混合富氧空气后通入冷却器中冷却产品，冷却器排出高温混合风；将高温混合风分为三路，第一路为进入二次风管的二次风，第二路为进入上三次风管的上三次风，第三路为进入下三次风管的下三次风，上三次风和下三次风均通入分解炉中。
8.如权利要求7方法，其特征在于：S2中：所述的下喂煤装置通入的煤粉的量占下喂煤装置和上喂煤装置通入煤粉总量的10％-30％。
9.如权利要求7方法，其特征在于：下三次风管与上三次分管之间的空气过量系数为0.7-0.9。
10.如权利要求7方法，其特征在于：上三次风量占总三次风量的5％～40％。
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