CN114739194B - 一种石灰窑窑头烟气余热利用系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及节能降耗领域，尤其涉及一种石灰窑窑头烟气余热利用系统。一种石灰窑窑头烟气余热利用系统，包括回转窑本体、预热器、布袋除尘器、脱硝反应器、热回收装置、引风机和烟囱，还包括高温取热烟道、混风调节系统、重力除尘系统、补热调节系统、烟气混合系统。本发明具有装置独创、动力消耗小、投资低、等优点，取热热源可以推广到各类型回转窑上，并且热量的利用有烟气处理装置补热热源，余热锅炉装置补充热源，工艺煤粉加热热源等多种用途。

Description

一种石灰窑窑头烟气余热利用系统

技术领域

本发明涉及节能降耗领域，尤其涉及一种石灰窑窑头烟气余热利用系统。

背景技术

在钢铁冶金行业、水泥行业，化学钢业中常常应用到各种回转窑，在各类型的石灰石、水泥、白云石回转窑中，原料矿石在预热器内北高温烟气加热升温后进入石灰回转窑内，与热烟气逆向流动在窑内焙烧分解生成，生成的物料进入冷却器，在冷却器内被鼓入的冷空气冷却到100℃以下排出，经热交换的约500℃热空气进入窑内和煤气混合燃烧。

由于近年来环保要求越来越严格，对各类型的回转窑烟气处理提出了新的要求，在各种环保项目往往对装置进口烟气温度有相应的要求，以往项目常常采用天然气加热炉作为补热热源。而回转窑项目一般常常位于较为偏僻远离市区的区域，缺乏天然气及其它相应补热资源。因此本发明专利考虑利用被冷却器加热的约500℃的热空气对进入烟气处理装置的烟气进行补热。此种方式既避免了对其它的要求，又维持了回转窑内温度氛围不发生变化，还最大限度利用项目余热资源。本发明涉及一种回转窑窑头部分高温烟气的余热回收利用装置，回转窑中冷空气通过烟头的空气冷却器冷却成品矿料后进入石灰窑内部，之后再被窑头位置的燃烧器加热到规定的温度后进入回转窑内，烧制原料矿，最终经过预热器降温后进入后部的除尘、脱硝等环保处理后排放进大气。

在此过程中因为烟气脱硫脱硝的过程往往对烟气温度提出一定的要求，另外厂区还有其他工艺加热的装置要求，而回转窑所处的位置一般位于天然气及电力资源都比较紧缺的地点。因此窑头高温烟气取热利用就变得非常有实用价值，本装置所回收余热既可以用于主烟气加热升温，加热工质；也可以加热冬季供热采暖装置回水。由此带来的环保效益、社会效益以及经济效益都是巨大的。

发明内容

本发明的目的就是针对上述问题，提供一种石灰窑窑头烟气余热利用系统。

本发明的目的是这样实现的：一种石灰窑窑头烟气余热利用系统，包括回转窑本体、预热器、布袋除尘器、脱硝反应器、热回收装置、引风机和烟囱，还包括高温取热烟道、混风调节系统、重力除尘系统、补热调节系统、烟气混合系统，混风调节系统包括混风调节阀、混风温度热电阻、混风温度PID控制系统，混风温度热电阻传输信号至混风温度PID控制系统，通过混风温度PID控制系统控制混风调节阀的动作，保证进入重力除尘器及补热热风烟道的烟气温度低于选用材料的耐温范围；重力除尘系统包括重力除尘器、卸灰管道、卸灰阀，通过重力除尘器除去补热烟道内的大颗粒物，降低磨损，减轻输送管道积灰堵塞；补热调节系统包括热风调节阀、热风温度热电阻、热风温度PID控制系统、补热热风烟道，风温度热电阻传输信号至热风温度PID控制系统，通过热风温度PID控制系统控制热风调节阀的动作，调节流经补热热风烟道的热烟气量，实现补热后混合烟气的温度控制；烟气混合系统指热风混合器，热烟气在热风混合器中通过专用的防堵赛热风混合喷嘴喷入布袋除尘器的进口烟道，喷入的热风与原始烟气混合后提高烟气温度；烟气经过布袋除尘器除尘，经过脱硝反应器脱除氮氧化物后在进入热回收装置回收余热,产生高温热水供给系统使用；回转窑本体一侧设置有预热器，预热器另一侧设置有布袋除尘器，布袋除尘器另一侧设置有脱硝反应器，脱硝反应器另一侧设置有热回收装置，热回收装置另一侧设置有引风机，引风机连接至烟囱，回转窑本体的窑头上方设置有高温取热烟道，高温取热烟道上设置有混风调节阀，高温取热烟道连接重力除尘器，高温取热烟道通过管道连接至重力除尘器，管道上设置有混风温度热电阻，混风调节阀和混风温度热电阻通过电缆连接混风温度PID控制系统，重力除尘器下方设置有卸灰管道，卸灰管道上设置有卸灰阀，重力除尘器上方设置有补热热风烟道，补热热风烟道上设置有热风调节阀，补热热风烟道连接至热风混合器，热风混合器布置在布袋除尘器的进口烟道内，补热高温烟气通过热风混合器补入布袋除尘器的进口烟道，布袋除尘器的进口烟道上设置有热风温度热电阻，热风调节阀和热风温度热电阻通过电缆连接热风温度PID控制系统。

高温取热烟道通过连接一个管道，在管道上设置有混风调节阀，空气通过管道进入。

本系统不设置风机等动力装置，依靠窑头热风取热点与布袋除尘器进口烟道处的差压实现补热烟气的流动。

本发明的有益效果是：本发明具有装置独创、动力消耗小、投资低、等优点，取热热源可以推广到各类型回转窑上，并且热量的利用有烟气处理装置补热热源，余热锅炉装置补充热源，工艺煤粉加热热源等多种用途。

以复合材料厂轻烧白云石回转窑烟气超低排放工程为例，相比常方法主要有益效果如下：

1、利用窑头余热补热烟气相比其它利用电加热、煤粉热风炉，天然气热风炉的方式首先能节省相应的加热设施，输送装置（特别是石灰窑一般距离城市公共管网距离较远）等。

2、本项目取热烟气温度约为400℃，设计取烟气量约12000Nm3/h。项目将原烟气最终补热到160℃以上，年总计补热量余热约为3.16万GJ。以天然气计算年需耗气88万立方，折264万元；或以电加热计算年需耗电880万度，折440万元。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的描述。

图1是本发明的结构示意图。

其中：1.回转窑本体、2.预热器、3.布袋除尘器、4.脱硝反应器、5.热回收装置、6.引风机、7.烟囱、8.高温取热烟道、9.热烟气、10.混风调节阀、11.空气、12.混风温度PID控制系统、13.混风温度热电阻、14.重力除尘器、15.卸灰阀、16.热风调节阀、17.热风温度PID控制系统、18.热风温度热电阻、19.补热热风烟道20.热风混合器。

具体实施方式

本发明的目的就是通过在回转窑窑头进行开孔，设置高温取热烟道、混风调节系统、重力除尘系统、补热烟气调节系统、烟气混合系统等装置，并利用窑头热风取热点与布袋除尘器进口烟道处的差压实现补热烟气的流动。

针对各种类型的回转窑实际情况，我们提出：设置专门的窑头烟气补热装置，利用被窑头冷却器加热后的热空气的余热资源来对需要升温的介质进行补热。

为此我们通过反复对比勘察，仔细计算测量确定了一系列方法措施用以利用烟气余热。回转窑本体末端设置有原料预热器，烟气经预热器后由烟道至布袋除尘器，布袋除尘器经烟道连接脱硝反应器，脱硝反应器经烟道连接热回收装置，热回收装置经烟道接入引风机，引风机经烟道接至烟囱，本专利在窑头罩上部开孔用内保温高温取热烟道接出热烟气；在接点根部设置混风装置控制补热输送装置温度；接点处设置机械(重力或者旋风)除尘装置；设置补热烟气调节系统控制补热量，敷设连接无动力高温补热装置管道；设置高温烟气混合器；装置设置完整的测量控制装置，监控测量装置温、压、流量等参数，控制调节补热装置温度。

该装置通过设置混风装置，控制整个装置的温度上限，以使得装置材质选取为普通碳钢材质。装置机械除尘装置设置定期排灰装置，热风输送装置设置防堵检查孔，卸灰孔等措施保证热风装置安全顺畅运行。

本发明专利具体为1.在回转窑的窑头处局部开孔，将窑头热烟气引出后作为补热烟气用于后部烟气升温或者其他煤粉加热等用途。2.装置主要包含出高温取热烟道，混风调节阀，重力除尘器，调节阀，补热烟道，热风混合器及相应的仪表控制装置。3.通过混风调节阀控制除尘及管道输送装置烟气温度上限，保证装置稳定安全。4.利用取热点及用热点自身压差，形成无外加动力源热热风输送装置，通过补热调节阀实现补热风量的实时控制。5.以石灰窑窑头开孔取热、补风控温调节系统、重力除尘系统、热风管道输送系统、热风混合器等系统的组成及主要特征，各部分有机组合成为一个完整的石灰窑窑头烟气余热利用系统；上述系统组成不是对本发明的限制，可以随回转窑种类、取热位置及方式、余热利用方式及用途不同，有适应性调整。6.根据窑头部分烟气特点，采取混空气补风方式控制热风温度，保证后部系统设备及管道处于安全的运行温度，保证系统安全稳定运行。7.通过窑头高温烟气无动力自流，即不设置增压风机，只依靠窑头取热点及热风混合点两点间的系统压差流动。高温烟气流至预热器后与预热器出口的主烟气在热风混合器中进行混合，主烟气补热升温至满足低温SCR脱硝的要求。同时烟气温度的升高也有利于对系统尾部排烟进行余热回收。8.系统设置调节阀，控制补热烟气系统的流量，以对混合后的烟气温度进行控制调节。系统设置热烟气温度监测装置分别对各点温度进行检测，保证系统安全运行。9.系统重力除尘装置设置定期排灰系统，热风输送系统设置防堵检查孔，卸灰孔等措施保证热风管道系统长期安全顺畅运行。

热回收装置是一个烟气-水换热器，产生90℃的热水用于加热工艺水或者采暖水。预热器为石灰窑本体配套。布袋除尘器为一般型号的成熟设备，用来脱出烟气中的粉尘。脱硝反应器，为SCR选择性还原脱硝，用来脱出烟气中的氮氧化物，此系统对烟气温度有要求，因此实施窑头烟气取热系统，用以提高烟气温度，保证脱硝效果；引风机为普通离心风机，为石灰窑本体配套。混风调节阀为电动烟气调节蝶阀，用以调节混空气量；重力除尘器为一般型号，用以脱出补热烟气中的大颗粒粉尘，保证管道顺畅避免杜塞；电动卸灰阀为一般型号，卸灰用补热烟气调节阀，为电动不锈钢调节蝶阀，用以控制补热烟气量实现最终烟气温度及补热量的控制热风混合器为现场制作的具有专用防堵赛、加强混合的一系列喷嘴。混风温度热电阻和热风温度热电阻均为温度计，混风温度PID控制系统和热风温度PID控制系统均为普通的PLC。

下面结合实施例及其附图详细说明本发明的具体实施方式，但本发明专利的具体实施方式不局限于下述的实施例，下述实施例不是对本发明的限制。

实施例

本实施例为太钢矿业公司复合材料厂轻烧白云石回转窑烟气超低排放工程。

太钢复合材料厂现有一座轻烧白云石回转窑，焙烧过程中，产生的污染物主要有颗粒物、SO2、NOX。经布袋除尘器处理后的窑尾烟气通过烟囱排入大气。根据烟气在线监测仪测得2019年排放数据中，NOX折算浓度均值：559.91mg/ Nm3，需增设超低排放设施。中控显示除尘后的烟气温度约为135℃，项目拟采用160℃低温SCR装置，因此需对SCR进口烟气进行补热，考虑将烟气补热升温至165℃。

项目建设内容除一般的SCR脱硝反应装置外还设置有烟气余热回收装置，通过直接换热将脱硝后烟气余热余以利用，冬季供暖，夏季加热工质或作为余热锅炉给水加热。

项目设置了一套窑头高温烟气取热补热装置。该装置主要主要设备及参数：取热风量12000Nm3/h，取热点前后差压约1800pa。

装置设置高温取热烟道，混风调节阀，重力除尘器，调节阀，补热烟道，热风混合器及相应的仪表控制装置。

装置设置高温补热烟道，直接从窑头相应位置开孔并引出热烟气，烟道内部设内保温。在高温补热烟道上开孔并设置混风调节阀，利用窑头的微负压，通过调节阀们开度抽取定量的冷空气，保证最终离开高温补热烟道的烟气温度达到420℃以下，以便后续处理及输送装置能采用一般碳钢材质。

热烟气经过重力除尘器除尘后，通过补热烟道利用节点两侧的1800Pa压差自流至预热器后部烟气主管道，通过热风混合器混合后，经除尘进入SCR脱硝反应器进行脱硝。其中重力除尘器定期通过卸灰阀进行排灰，通过调节阀开度控制补热烟气量，达到主烟气补热升温至165℃的目标。

以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明所保护范围的结构特征并不限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围内。

Claims (3)

1.一种石灰窑窑头烟气余热利用系统，包括回转窑本体、预热器、布袋除尘器、脱硝反应器、热回收装置、引风机和烟囱，其特征在于：还包括高温取热烟道、混风调节系统、重力除尘系统、补热调节系统、烟气混合系统，混风调节系统包括混风调节阀、混风温度热电阻、混风温度PID控制系统，混风温度热电阻传输信号至混风温度PID控制系统，通过混风温度PID控制系统控制混风调节阀的动作，保证进入重力除尘器及补热热风烟道的烟气温度低于选用材料的耐温范围；重力除尘系统包括重力除尘器、卸灰管道、卸灰阀，通过重力除尘器除去补热烟道内的大颗粒物，降低磨损，减轻输送管道积灰堵塞；补热调节系统包括热风调节阀、热风温度热电阻、热风温度PID控制系统、补热热风烟道，风温度热电阻传输信号至热风温度PID控制系统，通过热风温度PID控制系统控制热风调节阀的动作，调节流经补热热风烟道的热烟气量，实现补热后混合烟气的温度控制；烟气混合系统指热风混合器，热烟气在热风混合器中通过专用的防堵赛热风混合喷嘴喷入布袋除尘器的进口烟道，喷入的热风与原始烟气混合后提高烟气温度；烟气经过布袋除尘器除尘，经过脱硝反应器脱除氮氧化物后在进入热回收装置回收余热,产生高温热水供给系统使用；回转窑本体一侧设置有预热器，预热器另一侧设置有布袋除尘器，布袋除尘器另一侧设置有脱硝反应器，脱硝反应器另一侧设置有热回收装置，热回收装置另一侧设置有引风机，引风机连接至烟囱，回转窑本体的窑头上方设置有高温取热烟道，高温取热烟道上设置有混风调节阀，高温取热烟道连接重力除尘器，高温取热烟道通过管道连接至重力除尘器，管道上设置有混风温度热电阻，混风调节阀和混风温度热电阻通过电缆连接混风温度PID控制系统，重力除尘器下方设置有卸灰管道，卸灰管道上设置有卸灰阀，重力除尘器上方设置有补热热风烟道，补热热风烟道上设置有热风调节阀，补热热风烟道连接至热风混合器，热风混合器布置在布袋除尘器的进口烟道内，补热高温烟气通过热风混合器补入布袋除尘器的进口烟道，布袋除尘器的进口烟道上设置有热风温度热电阻，热风调节阀和热风温度热电阻通过电缆连接热风温度PID控制系统。

2.根据权利要求1所述的一种石灰窑窑头烟气余热利用装置，其特征在于：高温取热烟道通过连接一个管道，在管道上设置有混风调节阀，空气通过管道进入。

3.根据权利要求1所述的一种石灰窑窑头烟气余热利用装置，其特征在于：本系统不设置风机等动力装置，依靠窑头热风取热点与布袋除尘器进口烟道处的差压实现补热烟气的流动。