CN204629463U - 采用脱氮技术的新型干法水泥窑空气分级燃烧系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了采用脱氮技术的新型干法水泥窑空气分级燃烧系统，其技术方案是：该系统包括分解炉、煤粉输送管道，分解炉的锥部与三次风管连接；三次风管上设置三次风管闸阀；在三次风管上设有一端与其贯通的三次风分风管道，三次风分风管道的另一端与分解炉上部的柱体连通。通过对分解炉内煤粉燃烧所需三次风的分配和布置、入炉三次风风速和窑尾烟气入炉风速的设计，以及对燃料进入分解炉部位进行优化调整后，在分解炉锥部形成脱硝还原区以还原NOx，达到降低NOx排放并且不影响正常生产运行的目的。

Description

采用脱氮技术的新型干法水泥窑空气分级燃烧系统

技术领域

本实用新型属于建筑材料工业生产的技术领域，涉及干法水泥熟料生产技术，更具体地说，本实用新型涉及采用脱氮技术的新型干法水泥窑空气分级燃烧系统。

背景技术

目前，我国水泥企业近5000家，产量已连续多年位居世界首位。2013年全国累计水泥总产量24.14亿吨，其中，新型干法水泥比重达到90％以上。截止2013年年底，新型干法水泥生产线已经达到1700多条。

2013年全国水泥行业排放NOx约220万吨，约占工业源排放总量的10％左右，仅次于电力和机动车尾气排放，位居第三位，因此水泥行业氮氧化物减排在我国氮氧化物总量控制中占有很多重要地位。

氮氧化物的减排问题已经成为制约我国环境及经济发展的重大问题。随着国家将氮氧化物的减排正式提上日程，相关部门相继出台了一系列与水泥生产NOx排放控制的政策与污染物排放标准。

为了进一步响应国家环保减排政策，安徽海螺建材设计研究院开展了低氮燃烧技术的开发与应用的研究，针对分解炉实施了空气分级燃烧技术研究与实践应用，取得明显的脱硝减排效果。

一、新型干法窑NOx的产生机理及部位：

水泥新型干法窑系统NOx生产途径主要有热力型、燃料型以及快速型NOx等三种，产生原理、部位及产生量情况如下：

1、“热力型”NOx，为空气的N2在高温下氧化而产生的NOx，生成量主要取决于温度，低于1350℃几乎不生产，高于1500℃大量生成，因为回转窑中烧成带火焰温度高达1800℃，空气中的N2和O2快速反应，热力型NOx大量生成。热力型NOx占窑系统NOx排放量的80％左右。

2、“燃料型”NOx，水泥生产燃料主要为煤，燃料中含有的N在燃烧中产生“燃料型”NOx。

3、“快速型”NOx，在燃烧时空气的N和燃料中的碳氢离子团如CH等反应生成的NOx，水泥生产中这种NOx是微不足道的。

水泥熟料线NOx的产生部位及产生量如图1所示。

在图1中：

排出废气中的NO_X排放浓度为：400～900ppm(500～1100mg/Nm³)；

分解炉内：温度800～1100℃，主要产生燃烧型NO_X；

烟室NO_X浓度为：800～1500ppm(1000～1900mg/Nm³)；

回转窑内：温度高达1600℃以上，主要产生热力型和燃料型NO_X。

二、分解炉空气分级燃烧脱氮技术：

由于燃烧是NOx产生的主要原因，因此其治理基本方法主要是根据燃烧过程特点来制定，概括地说，NOx的治理方法可分燃烧前的处理、燃烧方式的改进及燃烧后的处理三种方法。燃烧前处理主要是进行燃料的脱氮；燃烧方式的改进目前比较实用的是采用低氮氧化物燃烧器、分级燃烧等低氮燃烧技术；燃烧后的处理主要指烟气脱硝技术主要包括选择性非催化还原技术(SNCR)和选择性催化还原技术(SCR)等。

根据水泥工艺的特点和优势，采取低氮燃烧技术，从水泥烧成系统工艺特点入手，在源头控制NOx的产生量，达到NOx减排的目的，是比较切合实际，比较经济有效、节能环保的技术措施，具有较高的可行性和重大的研究及推广实施价值。

分级燃烧技术是低氮燃烧技术中的一种主要的技术措施，分级燃烧技术有空气分级燃烧和燃料分级两种类型，本专利主要研究和说明的是分解炉空气分级燃烧技术。

分解炉空气分级燃烧是指将分解炉燃料燃烧所需的空气量(三次风量)分成两级送入，使第一级燃烧区内过剩空气系数α在0.8左右，燃料先在缺氧的富 燃料条件下燃烧，使得燃烧速度和温度降低，产生大量的CO、CH4、H2、HCN和固定碳等还原剂，这些还原剂与回转窑窑尾烟气中大量的热力型NO进行还原反应，将NO还原成N2等无污染的惰性气体。此外，煤粉在缺氧条件下燃烧也抑制了自身燃料型NOx产生，从而实现水泥生产过程中的NOx减排。将燃烧用的空气的剩余部分输入二级燃烧区内，保证燃料的完全燃烧。

在第一级燃烧区内发生脱氮的主要化学反应如下：

2CO+2NO→N₂+2CO₂；

2H₂+2NO→N₂+2H₂O；

2NHi+2NO→N₂+其它生成物。 

实用新型内容

本实用新型提供一种采用脱氮技术的新型干法水泥窑空气分级燃烧系统，其目的是降低NOx排放量。

为了实现上述目的，本实用新型采取的技术方案为：

本实用新型的采用脱氮技术的新型干法水泥窑空气分级燃烧系统，包括分解炉、煤粉输送管道，所述分解炉的锥部与三次风管连接，所述的三次风管上设置三次风管闸阀。在所述的三次风管上设有一端与其贯通的三次风分风管道，所述的三次风分风管道的另一端与分解炉上部的柱体连通。

所述的三次风分风管道与分解炉柱体连接。

所述的三次风分风管道上设置用于调节分风后的风量大小的三次风分风管道闸阀。

所述的煤粉输送管道为多个管道，分别与分解炉下部的锥部及分解炉上部的柱体连接。

本实用新型采用上述技术方案，调整分解炉内煤、风、料的喂入点和喂入量，创建了全新的分解炉空气分级燃烧布置形式，在分解炉锥部有效构建并强化了脱硝还原区，具有显著的脱硝效果；通过对进入分解炉锥部的燃料量和三次风量的调整，可强化分解炉锥部脱硝还原区的形成，并对C4下料形式及进入 位置加以优化，合理控制分解炉断面热负荷，避免了还原区结皮堵塞现象的发生；通过对三次风入口尺寸、分解炉锥部及窑尾烟室上升烟道的尺寸的优化设计，保证了各点合理的风速；通过三次风的分风措施并结合窑尾燃料进入分解炉形式的重新分配设计，增加了煤粉的燃烧空间，在建立脱硝还原区的同时，保证了煤粉的完全燃烧，增强了对燃料的适应性；将空气分级燃烧与操作优化调整相结合，大大提升了脱硝效果和系统的运行质量。

附图说明

附图内容及图中的标记简要说明如下：

图1为背景技术中所述新型水泥窑系统的NOx产生部位及产生量的示意图；

图2为本实用新型的工艺流程示意图；

图3为图2中的本实用新型的结构示意图；

图4为图3中的A—A剖视示意图；

图中标记为：

1、回转窑，2、分解炉，3、三次风管，4、三次风分风管道，5、煤粉输送管道，6、三次风分风管道闸阀，7、分解炉柱体喂煤点，8、煤粉分配器，9、三次风管闸阀，10、分解炉锥部，11、分解炉锥部喂煤点，12、窑尾烟室上升烟道，13、C4下料口，14、窑尾烟室。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本实用新型的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

本实用新型属于新型干法水泥窑降低NO_X排放的脱硝技术领域，是结合新型干法水泥窑系统的工艺特点，通过对分解炉空气分级燃烧技术来达到降低NOx排放的目的。

本实用新型的基本构思是：

充分利用水泥烧成系统的工艺技术特点，将三次风进入分解炉位置、形式及比例进行合理设计，通过对分解炉内煤粉燃烧所需三次风的分配和布置、入炉三次风风速和窑尾烟气入炉风速的设计，以及对燃料进入分解炉部位进行优化调整后，形成燃料在分解炉锥部10(第一级燃烧区内)缺氧燃烧产生还原气氛，还原窑内产生的热力型NOx，达到降低NOx排放量的目的。同时，为了保证燃料在分解炉能充分燃烧，避免煤粉燃烧不完全、燃烧滞后等不利现象的产生，需要对分解炉喷煤点位置进行调整，并设计三次风分风管道闸板，以便根据生产需要和变化进行调节，保证本系统达到较好的脱硝效果和运行效果，达到降低NOx排放且不影响正常生产运行的目的。

如图2至图4所示的工艺流程及工艺结构，分别是本实用新型的采用脱氮技术的新型干法水泥窑空气分级燃烧系统的工艺流程和系统结构。系统的结构包括C1至C5旋风筒、回转窑1、分解炉2、煤粉输送管道5，所述分解炉2的锥部与三次风管3连接。所述的煤粉输送管道5通过煤粉分配器8与煤粉制备设备连接。

为了解决现有技术存在的问题并克服其缺陷，实现降低NOx排放量的发明目的，本实用新型采取的技术方案为：

如图2至图4所示，本实用新型的采用脱氮技术的新型干法水泥窑空气分级燃烧系统，在所述的三次风管3上设有一端与其贯通的三次风分风管道4，所述的三次风分风管道4的另一端与分解炉2上部的柱体连通。

所述的分解炉2的锥部燃料因三次风分风后缺氧燃烧，形成还原气氛，产生脱硝作用；而燃料在分解炉2的上部因三次风分风后供氧充足，燃料得以充分燃烧，可避免不完全燃烧带来热损失。

三次风的入炉方式与分配：来自篦冷机冷却熟料后的空气(即三次风)将分两路进入分解炉2，现有技术中从分解炉锥10部进入的一路入炉形式基本不变，空气量减少；新分出一路从分解炉2柱体上以一定的切角进入炉内。

上述技术方案将现有技术中进入分解炉锥部10的三次风设计一条支路，将 一部分三次风(约40％～50％左右)引入分解炉2上部(分解炉2柱体上)，减少分解炉2的锥部烟气的含氧量。现有技术中的回转窑尾废气与三次风混合后作为燃烧用的烟气含氧浓度为11％左右，本实用新型改进后将降低至5％～6％。在分解炉2的锥部构建一个缺氧燃烧环境，使煤粉在分解炉2的锥部缺氧条件下燃烧，产生脱硝所需的还原气氛。

所述的三次风分风管道4与分解炉2柱体连接。可采用切向连接。

三次风分风管道4进入分解炉2柱体的形式为旋向导入，即以一定的切角进入，保证煤粉的燃烧时间。

所述的三次风管3上设置三次风管闸阀9。所述的三次风分风管道4上设置三次风分风管道闸阀6。三次风管闸阀9和三次风分风管道闸阀6可以根据操作需要调节上下两路的三次风比例。

现有技术中的三次风管闸板阀9不变，新增的一路三次风分风管道4支路上设置闸板阀，以调节两路风的比例，根据生产变化和需要进行调节。

所述的煤粉输送管道5为多个管道，分别与分解炉2下部的锥部及分解炉2上部的柱体连接。

一部分煤粉输送管道5通过分解炉锥部喂煤点11与分解炉锥部10连接；另一部分煤粉输送管道5通过分解炉柱体喂煤点7与分解炉2上部的柱体连接。

煤粉的输送与分配：对现有技术中分解炉煤粉喂入点位置和分配情况进行优化调整，在分解炉内燃烧的煤粉分两路进入，将分解炉煤粉一部分通过一条通路喂入分解炉锥部10，与窑尾烟气和三次风混合，缺氧燃烧，产生还原气氛；一部分通过另一路喂入分解炉柱体，与三次风分风支路进入的空气混合，保证煤粉在分解炉内的燃尽度。

对现有技术中的三次风管入口的调整：根据具体情况，对三次风入口尺寸和面积进行调整，优化三次风入炉风速。

C4旋风筒的C4下料口13的调整：根据现有技术的烧成系统C4旋风筒下料点的位置情况，结合改造后分解炉锥部10的截面热负荷计算数据，调整C4 下料口13的位置或下料量，避免分解炉锥部10高温结皮现象的发生。

通过对分解炉内煤粉的燃烧形式、内部温度场、气流运动状况等的研究，结合烧成系统的工艺特点和分级燃烧技术的实施运行难点，本实用新型研究开发的分级燃烧技术有如下创新点和特点：

1、调整分解炉内煤、风、料的喂入点和喂入量，创建了全新的分解炉空气分级燃烧布置形式，在分解炉锥部10有效构建并强化了脱硝还原区，具有显著的脱硝效果；

2、通过对进入分解炉锥部10的燃料量和三次风量的调整，可强化分解炉锥部10脱硝还原区的形成，并对C4下料形式或进入位置加以优化，合理控制分解炉断面热负荷，避免了还原区结皮堵塞现象的发生；

3、通过对三次风入口尺寸、分解炉锥部10及窑尾烟室上升烟道12的尺寸的优化设计，保证了各点合理的风速；

4、通过三次风的分风设计并结合窑尾燃料进入分解炉形式的重新分配设计，增加了煤粉的燃烧空间，在建立脱硝还原区的同时，保证了煤粉的完全燃烧，增强了对燃料的适应性；

5、将空气分级燃烧与操作优化调整相结合，大大提升了脱硝效果和系统的运行质量。

本系统的技术特点是通过对三次风的分风设计，并结合分解炉燃煤的喂入形式的调整，在分解炉锥部10有效构建了脱硝还原区，可强化脱硝效果，并保证了煤粉在分解炉内的燃尽度，有较好的操作性和良好的运行效果。

本实用新型应用于某水泥企业5000t/d熟料线低氮燃烧技术改造工程的示例：通过对该企业5000t/d熟料线低氮燃烧技术改造和运行调试，脱硝效果达到了设计目标值，主要实施效果如下：

分解炉空气分级燃烧技术改造脱硝效果明显，NOx减排效率平均在33％左右(NOx排放浓度从改造前1046mg/Nm3降低至697mg/Nm3)，且改造后不影水泥熟料的产、质量；有效解决和避免了脱硝还原区、窑尾烟室、分解炉等部 位的结皮现象，保证了脱硝系统及熟料生产系统的正常、稳定运行；主要工艺技术运行参数得到了很好的优化，起到了很好的节能减排效果。

上面结合附图对本实用新型进行了示例性描述，显然本实用新型具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本实用新型的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本实用新型的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.采用脱氮技术的新型干法水泥窑空气分级燃烧系统，包括分解炉(2)、煤粉输送管道(5)，所述分解炉(2)的锥部与三次风管(3)连接；所述的三次风管(3)上设置三次风管闸阀(9)；其特征在于：在所述的三次风管(3)上设有一端与其贯通的三次风分风管道(4)，所述的三次风分风管道(4)的另一端与分解炉(2)上部的柱体连通。

2.按照权利要求1所述的采用脱氮技术的新型干法水泥窑空气分级燃烧系统，其特征在于：所述的三次风分风管道(4)与分解炉(2)柱体连接。

3.按照权利要求1所述的采用脱氮技术的新型干法水泥窑空气分级燃烧系统，其特征在于：所述的三次风分风管道(4)上设置用于调节分风后的风量大小的三次风分风管道闸阀(6)。

4.按照权利要求1所述的采用脱氮技术的新型干法水泥窑空气分级燃烧系统，其特征在于：所述的三次风分风管道(4)设置在三次风管(3)的上方，将三次风分为上下两路进入分解炉(2)。