CN114772953B - 一种回转窑煅烧系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种回转窑煅烧系统和方法，煅烧系统包括：回转窑；预热给料仓，预热给料仓的出料口与回转窑的进料口连通；成品冷却仓，成品冷却仓的进料口与回转窑的出料口连通；冷却风机，冷却风机的进气口与预热给料仓的排气口连通，冷却风机的排气口与成品冷却仓连通；回转窑排出煅烧烟气预热预热给料仓内待煅烧的物料后，再经冷却风机抽取预设比例的煅烧烟气冷却成品冷却仓内已煅烧的物料，并与回转窑内的煅烧烟气混合，以在回转窑内形成高温低氧的煅烧气氛。本发明的煅烧系统在回转窑内形成高温低氧的煅烧气氛，能够使氮气与氧气的反应化学势降低，进而降低回转窑煅烧过程中氮氧化物的排放。

Description

一种回转窑煅烧系统和方法

技术领域

本申请涉及回转窑的技术领域，尤其涉及一种回转窑煅烧系统和方法。

背景技术

钢铁冶金行业中“高炉-转炉”长流程冶炼工艺是当前主要的钢铁冶炼工艺，而熔剂白灰是烧结矿生产、炼钢冶炼的主要原料。据统计，在我国熔剂白灰在烧结、炼钢过程中的消耗分别达到80Kg/T和50Kg/T以上，熔剂白灰生产的长效稳定直接影响到钢铁生产的高效稳定顺行。随着我国对钢铁冶金行业环境保护指标的要求逐步加大，氮氧化物排放浓度国家制定了严格的标准，熔剂白灰生产过程中氮氧化物外排不大于200ppm，有些地方严格控制在100ppm，甚至更低标准。原有的生产流程已无法满足氮氧化物的控制标准，收到环保部门的整改通知，停产、限产时有发生。

氮氧化物的治理主要分为三种方式：前端控制、过程控制、末端治理。前端控制主要是对原料、燃料等进行甄别使用，降低原燃料自身含氮水平已达到减低氮氧化物生成量的目的。过程控制主要是通过调整或改进运行参数和工艺流程，控制氮氧化物生成量。末端治理主要是通过增建脱硝工艺对含氮氧化物烟气进行脱硝处理，达到外排烟气符合国家标准的目的。

目前，熔剂回转窑节能减排降低氮氧化物排放主要集中在前期控制和末端治理方面，对生产过程控制降低氮氧化物方面研究不充分，导致现有技术中对降低氮氧化物的方法还不够完善。

因此，如何降低回转窑煅烧过程中氮氧化物的排放，是目前亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的一种回转窑煅烧系统和方法，降低了回转窑煅烧过程中氮氧化物的排放。

本发明实施例提供了以下方案：

第一方面，本发明实施例提供了一种回转窑煅烧系统，包括：

回转窑；

预热给料仓，所述预热给料仓的出料口与所述回转窑的进料口连通；

成品冷却仓，所述成品冷却仓的进料口与所述回转窑的出料口连通；

冷却风机，所述冷却风机的进气口与所述预热给料仓的排气口连通，所述所述冷却风机的排气口与所述成品冷却仓连通；

所述回转窑排出煅烧烟气预热所述预热给料仓内待煅烧的物料后，再经所述冷却风机抽取预设比例的所述煅烧烟气冷却所述成品冷却仓内已煅烧的所述物料，并与所述回转窑内的燃料和空气混合燃烧，以在所述回转窑内形成高温低氧的煅烧气氛。

在一种可选的实施例中，所述煅烧系统还包括：

换热器，所述换热器内设有蛇形管道，所述蛇形管道的进气口与所述预热给料仓的排气口连通，所述蛇形管道的出气口与所述冷却风机的进风口连通。

在一种可选的实施例中，所述换热器上还设有不与所述蛇形管道连通的空气预热入口和空气预热出口，所述空气预热出口与所述回转窑内的燃烧器连通。

在一种可选的实施例中，所述空气预热出口与所述燃烧器之间的管路上安装有助燃风机。

在一种可选的实施例中，所述煅烧系统还包括：

除尘器，所述除尘器的进气口与所述预热给料仓的排气口连通；

烟囱，所述烟囱和所述冷却风机的进气口均与所述除尘器的排气口连通。

在一种可选的实施例中，所述回转窑倾斜设置于所述预热给料仓和所述成品冷却仓之间，所述回转窑倾斜角度α的范围为0°<α≤5°，其中，所述回转窑位于所述预热给料仓的一端高于位于所述成品冷却仓的另一端。

第二方面，本发明实施例还提供了一种回转窑煅烧方法，应用于第一方面中任一所述的煅烧系统中，所述煅烧方法包括：

将待煅烧的物料加入预热给料仓，经回转窑排出的煅烧烟气预热后，再进入所述回转窑内；

所述物料经所述回转窑内高温低氧的煅烧气氛煅烧后，再进入成品冷却仓冷却为成品，其中，所述煅烧气氛由冷却风机抽取所述预热给料仓排出的所述煅烧烟气，与所述回转窑内的燃料和空气混合燃烧形成。

在一种可选的实施例中，所述煅烧气氛的空气经换热器加热至大于150℃。

在一种可选的实施例中，所述冷却风机抽取的所述煅烧烟气占所述回转窑排出的10-50％。

在一种可选的实施例中，所述物料为石灰石，所述石灰石的粒度为30-60mm；所述石灰石在所述预热给料仓内的预热时间为10-30min。

本发明提供的一种回转窑煅烧系统和方法与现有技术相比，具有以下优点：

本发明通过回转窑、预热给料仓、冷却风机和成品冷却仓依次连通，形成煅烧烟气的循环路径，将回转窑一次燃烧排出的煅烧烟气在预热给料仓内预热待煅烧的物料后，以充分利用煅烧烟气的热量，再经冷却风机抽取预设比例的煅烧烟气冷却成品冷却仓内已煅烧的物料，降低煅烧系统的能耗；抽取的煅烧烟气进一步与回转窑内的煅烧烟气混合，一次燃烧后的煅烧烟气中仍有一些可燃成分，混合后在回转窑中二次燃烧过程中降低氧气的浓度，以在回转窑内形成高温低氧的煅烧气氛，能够使氮气与氧气的反应化学势降低，进而降低回转窑煅烧过程中氮氧化物的排放；由于一次燃烧的煅烧烟气中含有部分氮氧化物(例如NO和NO₂)，同样会抑制N₂与O₂的反应化学，从而进一步降低氮氧化物的生成量。

附图说明

为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种回转窑煅烧系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种回转窑煅烧方法的流程图；

图3为本发明实施例提供石灰石的煅烧方法的流程图。

附图标记说明：1-回转窑、2-预热给料仓、3-换热器、4-除尘器、5-烟囱、6-成品冷却仓、7-燃烧器、8-助燃风机、9-冷却风机。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明实施例保护的范围。

请参阅图1，图1为本发明实施例提供的一种回转窑煅烧系统的结构示意图，包括：

回转窑1；预热给料仓2，预热给料仓2的出料口与回转窑1的进料口连通；成品冷却仓6，成品冷却仓6的进料口与回转窑1的出料口连通；冷却风机9，冷却风机9的进气口与预热给料仓2的排气口连通，冷却风机9的排气口与成品冷却仓6连通；回转窑1排出煅烧烟气预热预热给料仓2内待煅烧的物料后，再经冷却风机9抽取预设比例的煅烧烟气冷却成品冷却仓6内已煅烧的物料，并与回转窑1内的燃料和空气混合燃烧，以在回转窑1内形成高温低氧的煅烧气氛。

具体的，回转窑1为空心圆筒状，可以沿其中心轴线轴向转动，并且可以控制回转窑1的窑体旋转速度，具体控制方法可以通过变频器或其他控制器实现转速调整，回转窑1在旋转过程中通过燃料对物料进行煅烧，旋转速度s为0<s≤3r/min，优选的，旋转速度s为0.5-1.5r/min。预热给料仓2用于预热待煅烧的物料，成品冷却仓6用于冷却已煅烧的物料，回转窑1、预热给料仓2、冷却风机9和成品冷却仓6均可以通过金属管道连通，预热给料仓2和回转窑1之间以及回转窑1和成品冷却仓6之间均作密封处理，与外界环境隔开。其中，冷却风机9的排气口可以与成品冷却仓6的底部连通，以提高物料的冷却效果，物料冷却至目标温度后排出成品冷却仓6。

在具体实施时，由于冷却风机9抽取预热给料仓2的煅烧烟气需对成品冷却仓6内的物料进行冷却，因此，需要对排入成品冷却仓6的煅烧烟气温度进行控制。

在一种具体的实施方式中，煅烧系统还包括：

换热器3，换热器3内设有蛇形管道，蛇形管道的进气口与预热给料仓2的排气口连通，蛇形管道的出气口与冷却风机9的进风口连通。

具体的，换热器3可以为空气换热器，通过往复弯折结构的蛇形管道对预热给料仓2排出的煅烧烟气进行冷却，冷却温度可以通过蛇形管道的长度和直径进行控制，控制冷却风机9排入成品冷却仓6的煅烧烟气温度为100℃以上，与成品冷却仓6内的物料形成逆流，以对已煅烧的物料进行冷却。

回转窑1对物料煅烧是通过燃烧器7采用燃料和空气混合后，在回转窑1内持续燃烧以对物料进行煅烧，常温的空气需要耗费较多的燃料，造成燃料的浪费。

在一种具体的实施方式中，换热器3上还设有不与蛇形管道连通的空气预热入口和空气预热出口，空气预热出口与回转窑1内的燃烧器7连通。

具体的，换热器3可以设置为包覆蛇形管道的空腔结构，空气预热入口和空气预热出口设置在空腔结构上，常温空气经空气预热入口进入换热器3，与蛇形管道形成热交换，再经空气预热出口排出热空气至燃烧器7，热空气的温度为150℃以上，通过燃烧器7将热空气与燃料混合对物料进行煅烧，燃料可以为煤气或者煤粉。

在一种具体的实施方式中，空气预热出口与燃烧器7之间的管路上安装有助燃风机8。

具体的，助燃风机8可以为变频风机，通过控制助燃风机8的转速调整输出至回转窑1的空气流量。可以理解，助燃风机8能够使更多的热空气进入回转窑1燃烧，相比于常温温度空气助燃，更有利于燃料的充分燃烧，降低燃料的使用量，进一步降低燃料带入的氮元素，从而减少生成氮氧化物的数量。

在一种具体的实施方式中，煅烧系统还包括：

除尘器4，除尘器4的进气口与预热给料仓2的排气口连通；烟囱5，烟囱5和冷却风机9的进气口均与除尘器4的排气口连通。

具体的，除尘器4可以为布袋除尘器，通过除尘器4对预热给料仓2排出的煅烧烟气除尘后，除尘器4排出的煅烧烟气中粉尘的含量低于5mg/Nm³，能够减少粉尘对环境的污染，烟囱5能够拔火拔烟，排走部分煅烧烟气，改善回转窑1的燃烧条件。

在一种具体的实施方式中，回转窑倾斜设置于预热给料仓和成品冷却仓之间，回转窑倾斜角度α的范围为0°<α≤5°，其中，回转窑位于预热给料仓的一端高于位于成品冷却仓的另一端。

具体的，回转窑呈倾斜设置有利于提高物料煅烧过程中的流动性，回转窑在煅烧系统运行过程中倾斜和缓慢地回转，使装入其中的物料既沿着圆周方向翻滚，又沿着轴向从高端向低端移动产生复合运动，有利于物料充分煅烧，能够提高煅烧效率。进一步的，回转窑倾斜角度α的范围为2°-3°。

基于与煅烧系统同样的发明构思，本发明实施例还提供了一种回转窑煅烧方法，应用于所述的煅烧系统中，请参阅图2，所述煅烧方法包括：

S21、将待煅烧的物料加入预热给料仓，经回转窑排出的煅烧烟气预热后，再进入所述回转窑内；

具体的，物料加入预热给料仓的方式可以是人工加料，当然，也可以通过加料机构获取预热给料仓的当前料位，根据当前料位的实际情况进行自动加料，物料经煅烧烟气预热后，再将物料送入回转窑内，物料进入回转窑后进行步骤S22。

S22、所述物料经所述回转窑内高温低氧的煅烧气氛煅烧后，再进入成品冷却仓冷却为成品，其中，所述煅烧气氛由冷却风机抽取所述预热给料仓排出的所述煅烧烟气，与所述回转窑内的燃料和空气混合燃烧形成。

具体的，冷却风机输出至成品冷却仓煅烧烟气的含氧量低于8％，温度为100℃以上，主要为CO₂，其中含有一定量的可燃成分和氮氧化物，对已煅烧的物料冷却后，继续进入回转窑与燃料和空气混合再次燃烧，以在回转窑内形成高温低氧的煅烧气氛。

在一种具体的实施方式中，煅烧气氛的空气经换热器加热至大于150℃。

具体的，常温空气在换热器内进行热交换，可以加热为150℃以上的热空气，相比于常温空气参与燃烧，热空气更有利于燃料的充分燃烧，降低燃料的使用量，进一步降低燃料带入的氮元素，从而减少生成氮氧化物的数量。

在一种具体的实施方式中，冷却风机抽取的煅烧烟气占回转窑排出的10-50％。

具体的，冷却风机抽取煅烧烟气的具体比例可以根据物料的煅烧量进行调整，能够控制回转窑内形成高温低氧的煅烧气氛即可，冷却风机抽取煅烧烟气的占比，可以通过控制冷却风机的转速调整，当然，也可以通过一流量阀控制冷却风机出口的流量进行控制。

在一种具体的实施方式中，物料为石灰石，石灰石的粒度为30-60mm；石灰石在预热给料仓内的预热时间为10-30min。

具体的，在对石灰石煅烧时，将粒度和预热时间控制在上述范围区间内，可以提高煅烧质量和煅烧效率，有效降低生石灰的生烧率。

下面本发明实施例将以石灰石的煅烧为例，阐述如何通过煅烧系统进行煅烧，需要说明的是，本发明实施例的煅烧系统不局限于对石灰石的煅烧，也能够适用其他物料的煅烧，请参阅图3，图3为石灰石的煅烧流程图。

S1、将石灰石加入到预热给料仓，经预热后进入回转窑体；燃烧器通过燃料的燃烧使回转窑体内形成高温环境。

S2、经预热后的石灰石被送入回转窑完成高温煅烧过程，生成主要产物为生石灰和CO₂，CO₂随高温煅烧烟气一起进入到预热给料仓，生石灰运动到机头进入成品冷却仓。

S3、高温的煅烧烟气经预热给料仓、换热器、除尘器后分成两路，一路经由烟囱排入大气，另一路作为冷却风进入成品冷却仓。

S4、助燃空气经过空气换热器后被加热，进入燃烧器参与燃料助燃。

S5、成品冷却仓冷却风由底部冷却风进风口进入，与生石灰形成逆流对其进行冷却，与高温生石灰充分换热后的高温低氧冷却风进入回转窑内，和燃烧器产生的高温气混合形成高温低氧的煅烧气氛。

S6、经冷却后的生石灰在达到排矿温度要求之后由成品仓排出。

采用具体实施方式中提供的方法，引用末端高温废气实施成品冷却，增加空气换热器对助燃风加热形成高温助燃，系统外排废气含氧达到7.89％，氮氧化物含量51ppm，外排烟气14.4万m³降低20％，燃料消耗1.14万m³降低12％。

因此，本发明实施例中提供的技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

1.通过回转窑、预热给料仓、冷却风机和成品冷却仓依次连通，形成煅烧烟气的循环路径，将回转窑一次燃烧排出的煅烧烟气在预热给料仓内预热待煅烧的物料后，以充分利用煅烧烟气的热量，再经冷却风机抽取预设比例的煅烧烟气冷却成品冷却仓内已煅烧的物料，降低煅烧系统的能耗；抽取的煅烧烟气进一步与回转窑内的煅烧烟气混合，一次燃烧后的煅烧烟气中仍有一些可燃成分，混合后在回转窑中二次燃烧过程中降低氧气的浓度，以在回转窑内形成高温低氧的煅烧气氛，能够使氮气与氧气的反应化学势降低，进而降低回转窑煅烧过程中氮氧化物的排放；由于一次燃烧的煅烧烟气中含有部分氮氧化物(例如NO和NO₂)，同样会抑制N₂与O₂的反应化学，从而进一步降低氮氧化物的生成量。

2.本发明实施例提供的煅烧系统和方法可降低回转窑烟气外排总量，外排烟气热能充分得到利用；将常温空气加热至150℃以上，更有利于燃料的充分燃烧，降低燃料的使用量，进一步降低燃料带入的氮元素，从而减少生成氮氧化物的数量。

3.本发明实施例的技术方案应用于石灰石的煅烧时，有利于稳定提高回转窑内的煅烧温度，降低生石灰的生烧率，提高生石灰质量，为烧结生产和炼钢提供优质产品，为烧结、炼钢稳定提供支持。

对比例：

在常规的煅烧条件下，煅烧系统外排废气含氧达到14.43％，氮氧化物含量270ppm，外排烟气18万m³，燃料消耗1.3万m³。

通过对比实施例和对比例中的烟气质量和外排量、燃料消耗发现，使用该技术发明方法后，外排烟气氮氧化物浓度明显降低，外排量下降，燃料消耗相应减少，具有良好的推广应用价值和社会效益。

本技术发明方法以回转窑为实施例，但对于除采用固体燃料与石灰石混合生产的方式外，也适用于其它各种窑型节能降耗和降低氮氧化物的改造实施。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明实施例的精神和范围。这样，倘若本发明实施例的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种回转窑煅烧系统，其特征在于，包括：

回转窑；

预热给料仓，所述预热给料仓的出料口与所述回转窑的进料口连通；

成品冷却仓，所述成品冷却仓的进料口与所述回转窑的出料口连通；

冷却风机，所述冷却风机的进气口与所述预热给料仓的排气口连通，所述冷却风机的排气口与所述成品冷却仓连通；

所述回转窑排出煅烧烟气预热所述预热给料仓内待煅烧的物料后，再经所述冷却风机抽取预设比例的所述煅烧烟气冷却所述成品冷却仓内已煅烧的所述物料，并与所述回转窑内的燃料和空气混合燃烧，以在所述回转窑内形成高温低氧的煅烧气氛；

除尘器，所述除尘器的进气口与所述预热给料仓的排气口连通；

烟囱，所述烟囱和所述冷却风机的进气口均与所述除尘器的排气口连通；

所述回转窑倾斜设置于所述预热给料仓和所述成品冷却仓之间，所述回转窑位于所述预热给料仓的一端高于位于所述成品冷却仓的另一端；

所述煅烧系统还包括：

换热器，所述换热器内设有蛇形管道，所述蛇形管道的进气口与所述预热给料仓的排气口连通，所述蛇形管道的出气口与所述冷却风机的进风口连通。

2.根据权利要求1所述的回转窑煅烧系统，其特征在于，所述换热器上还设有不与所述蛇形管道连通的空气预热入口和空气预热出口，所述空气预热出口与所述回转窑内的燃烧器连通。

3.根据权利要求2所述的回转窑煅烧系统，其特征在于，所述空气预热出口与所述燃烧器之间的管路上安装有助燃风机。

4.根据权利要求1所述的回转窑煅烧系统，其特征在于，所述回转窑倾斜角度α的范围为0°<α≤5°。

5.一种回转窑煅烧方法，其特征在于，应用于权利要求1-4中任一所述的煅烧系统中，所述煅烧方法包括：

将待煅烧的物料加入预热给料仓，经回转窑排出的煅烧烟气预热后，再进入所述回转窑内；

所述物料经所述回转窑内高温低氧的煅烧气氛煅烧后，再进入成品冷却仓冷却为成品，其中，所述煅烧气氛由冷却风机抽取所述预热给料仓排出的所述煅烧烟气，与所述回转窑内的燃料和空气混合燃烧形成。

6.根据权利要求5所述的回转窑煅烧方法，其特征在于，所述煅烧气氛的空气经换热器加热至大于150℃。

7.根据权利要求5所述的回转窑煅烧方法，其特征在于，所述冷却风机抽取的所述煅烧烟气占所述回转窑排出的10-50%。

8.根据权利要求5所述的回转窑煅烧方法，其特征在于，所述物料为石灰石，所述石灰石的粒度为30-60mm；所述石灰石在所述预热给料仓内的预热时间为10-30min。

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