CN207786311U - 水泥窑熟料煅烧脱硝装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种水泥窑熟料煅烧脱销装置，属于环保技术领域，该脱硝装置包括煤粉计量输送机构、水蒸汽调节机构、混合喷射机构和控制器，煤粉计量输送机构和水蒸汽调节机构分别通过管道连接到混合喷射机构，混合喷射机构与烟室或分解炉的还原区相连通；煤粉计量输送机构、水蒸汽调节机构和混合喷射机构分别电连接到控制器。本实用新型通过将需求量相匹配的煤粉和高压水蒸汽分别在混合喷射机构中充分混合并喷射到水泥窑的分解炉或窑尾烟室的还原区内，产生强还原剂，无需加入催化剂，脱硝降氮效率提高，运行成本降低；本实用新型脱硝装置的使用对现有生产工艺没有影响，系统运行稳定，自动化程度高，便于操作和维护。

Description

水泥窑熟料煅烧脱硝装置

技术领域

本实用新型属于环保技术领域，涉及水泥窑熟料煅烧中的脱硝技术，具体涉及一种无需外加还原剂、催化剂而降低氮氧化物排放的水泥窑熟料煅烧脱硝装置。

背景技术

在水泥熟料的煅烧过程中，窑内熟料的煅烧高温可达1350℃以上，会产生大量的氮氧化物(NO_X)，这些氮氧化物主要是NO和NO₂，其中NO约占90％以上。氮氧化物是形成光化学烟雾和酸雨的一个重要原因，对人类生产生活、动植物生长都有很大危害。

水泥熟料生产企业控制氮氧化物的排放主要采用以下方法：一是在煅烧过程中采用控制温度的方法减少其产生，但降低煅烧温度将显著降低水泥熟料的质量；二是通过水泥熟料煅烧生产过程中必要的原料及工艺过程控制来产生还原介质，将部分氮氧化物(NO_X)还原成无害的氮气(N₂)，该方法中采用的主要手段为分级燃烧工艺；三是在前两种方法不完全有效的情况下采用外加催化剂的方式将氮氧化物还原，普遍采用选择性非催化还原技术(SNCR)和选择性催化还原技术(SCR)工艺，利用氨水(NH₃·H₂0)还原氮氧化物，达到脱硝降氮的目的。

在水泥熟料生产过程中，分级燃烧工艺改造是目前水泥熟料生产企业煅烧过程中经常采用的脱硝降氮方法，其基本原理是在烟室或分解炉内建立还原区，将原分解炉用煤的一部分通过管道改造等均布到该还原区内，使该区域内的煤缺氧燃烧(不完全燃烧)以产生主要成分是一氧化碳(CO)的还原剂。其基本化学方程式为：

2C+O₂→2CO (1)

这些还原剂与流经该还原区的NO_X接触并发生反应，将NO_X还原，其基本化学方程式为：

2CO+2NO→N₂+2CO₂ (2)

4CO+2NO₂→N₂+4CO₂ (3)

然而，上述还原区的煤粉输送等仍采用传统的方法，即利用空气将煤粉以气固混合的方式带到建立的还原区内，由此该还原区会有大量的新增空气，带来很多新增氧气，其缺氧效果并不明显，煤粉大部分仍然会完全燃烧成二氧化碳(CO₂)，而一氧化碳(CO)产生的浓度不高，并且容易对现有水泥熟料的煅烧工艺稳定性造成较大的负面影响。统计显示，分级燃烧工艺脱硝效率约在30～40％，在分级燃烧工艺改造实施后，仍然需要在排放末端外加催化剂(例如，氨水)，将剩余氮氧化物还原，达到环保排放要求。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种水泥窑熟料煅烧脱硝装置。

本实用新型的上述目的是由以下技术方案来实现的：

一种水泥窑熟料煅烧脱硝装置，与烟室(9)或分解炉(10)的还原区相连通，包括煤粉计量输送机构(2)、水蒸汽调节机构(4)和混合喷射机构(5)，煤粉计量输送机构(2)和水蒸汽调节机构(4)分别通过各自管道连接到混合喷射机构(5)，混合喷射机构(5)与所述还原区相连通。

上述水泥窑熟料煅烧脱硝装置中，所述煤粉计量输送机构(2)为煤粉计量铰刀，煤粉计量输送机构(2)用于根据计算得到的煤粉需求量进行计量并输送到混合喷射机构(5)。

上述水泥窑熟料煅烧脱硝装置中，所述水蒸汽调节机构(4)连接水蒸汽输送管，为所输送的水蒸汽的调压设备，水蒸汽调节机构(4)用于根据计算得到的水蒸汽需求量调节水蒸汽压力到预设压力值，并将调节后的水蒸汽输送到混合喷射机构(5)。

上述水泥窑熟料煅烧脱硝装置中，所述混合喷射机构(5)设有一个或多个，其中，多个混合喷射机构(5)并联设置。

上述水泥窑熟料煅烧脱硝装置还包括煤粉仓(1)以及将煤粉从煤磨站(7)输送到煤粉仓(1)中的煤粉来料输送泵(3)，煤磨站(7)、煤粉来料输送泵(3)、煤粉仓(1)和煤粉计量输送机构(2)依次通过管道相连通，煤磨站(7)提供的预先粉磨的煤粉依次通过煤粉来料输送泵(3)、煤粉仓(1)和煤粉计量输送机构(2)输送到混合喷射机构(5)。

上述水泥窑熟料煅烧脱硝装置还包括一控制器(6)，煤粉来料输送泵(3)、煤粉计量输送机构(2)、水蒸汽调节机构(4)和混合喷射机构(5)分别电连接至控制器(6)。

采用以上方案，本实用新型具有以下技术效果：本实用新型通过将需求量相匹配的煤粉和高压水蒸汽分别在混合喷射机构中充分混合并喷射到水泥窑的分解炉或窑尾烟室的还原区内，产生强还原剂，将NO_X还原生成无污染的副产物，无需加入催化剂，脱硝降氮效率提高，运行成本降低，其中，氨水用量可降低60％以上；本实用新型脱销装置的使用对现有生产工艺没有影响，系统运行稳定；该装置自动化程度高，便于操作和维护。

附图说明

图1是本实用新型脱硝装置的结构示意图。

图中附图标记表示为：

1：煤粉仓，2：煤粉计量输送机构，3：煤粉来料输送泵，4：水蒸汽调节机构，5：混合喷射机构，6：控制器；

7：煤磨站，8：过饱和蒸汽包，9：烟室，10：分解炉。

具体实施方式

现有水泥窑熟料煅烧中通常采用分级燃烧工艺进行脱硝降氮，存在形成的还原气浓度不高、煅烧工艺不稳定性、脱硝效率低或需要外加催化剂等不足，为了解决上述问题，实用新型提供一种水泥窑熟料煅烧脱硝装置，该脱硝装置采用一定压力的水蒸汽与计量的煤粉在混合喷射机构中充分混合后送入烟室或分解炉特定的还原区内，其中，水蒸汽的量与煤粉的量相匹配，在水泥窑高温工况下水蒸汽和煤粉发生化学反应产生强还原剂，即一氧化碳(CO)和氢气(H₂)，与NO_X接触并发生反应，生成无害气体，不会造成二次污染，从而达到脱硝降氮目的。

下面结合附图及实例对本实用新型水泥窑熟料煅烧脱硝装置进行详细说明。

本实用新型水泥窑熟料煅烧脱硝装置为了执行以下脱硝方法而设计，该脱硝方法向高温工况下的水泥窑窑尾烟室9或分解炉10内的还原区内送入计量的一定压力的水蒸汽与煤粉的混合物，以实现氮氧化物排放降至最低的目的，克服了现有脱硝工艺脱硝效率低、需外加催化剂等不足，包括以下步骤：

步骤一：根据设定周期内水泥窑产生的氮氧化物的产生量计算煤粉和水蒸汽的需求量。

可通过用于监测氮氧化物排放量的监测设备获取设定周期内水泥窑产生的氮氧化物的产生量或通过设定周期内水泥线产量进行估算，氮氧化物排放量的监测设备不同的水泥企业设置位置可能不同，一般设置在水泥窑排放管道上。

步骤二：水蒸汽调压到预设压力值；

由于现有过饱和蒸汽包所提供的水蒸汽压力通常在1.0～1.6MPa，而本实用新型中将混合物送入窑尾烟室或分解炉的还原区所需要的压力(预设压力值)与窑尾烟室或分解炉的几何尺寸、窑内工艺状况、所用的喷射装置结构等因素有关，该压力值过大，会使混合物喷洒面积较小，该压力值过小，不足以将混合物喷射到设定的还原区，因此，该压力值可通过实验效果进行调节，最终确定一个压力平均值作为预设压力值。

步骤三：将煤粉通过计量得到步骤一中计算的煤粉需求量，并将煤粉与调压后的水蒸汽进行充分混合，并送入到高温工况下的烟室9或分解炉10内的还原区内，水蒸汽与煤粉的混合物可以由一喷射装置喷入到还原区。水蒸汽和煤粉发生化学反应，产生具有强还原性的水煤气，即一氧化碳(CO)和氢气(H₂)，其基本化学方程式为：

C+H₂O(气态，高温)→CO+H₂ (4)

C+2H₂O(气态，高温)→CO₂+2H₂ (5)

产生的水煤气与与NO_X接触并发生反应，生成无害气体二氧化碳(CO₂)、氮气(N₂)和水蒸汽(H₂O)，其基本化学方程式如下：

2CO+2NO→N₂+2CO₂ (2)

4CO+2NO₂→N₂+4CO₂ (3)

2H₂+2NO→N₂+2H₂O (6)

4H₂+2NO₂→N₂+4H₂O (7)

上述水泥窑熟料煅烧脱硝方法中，保证设立的还原区不会有新增空气或氧气进入，使该区域处于缺氧状态，从而喷入煤粉和水蒸汽的混合物后会产生可靠且高效的还原剂，从而在排放末端无需外加催化剂(必要时可加少量催化剂)大幅降低熟料煅烧过程中产生的氮氧化物，达到环保排放要求。

此外，该脱硝方法还可用于发电厂、钢铁、陶瓷等高温窑炉系统中高NO_X排放行业的氮氧化物控制。

水泥窑熟料煅烧脱硝装置用于执行上述脱硝方法而设计，图1为本实用新型脱硝装置的结构示例。如图1所示，本实用新型水泥窑熟料煅烧脱硝装置包括煤粉计量输送机构2、水蒸汽调节机构4和混合喷射机构5，煤粉计量输送机构2和水蒸汽调节机构4分别通过管道连接到混合喷射机构5，混合喷射机构5与烟室9或分解炉10的还原区相连通。其中：

煤粉计量输送机构2集计量和输送功能于一体，该装置可以是现有的煤粉计量铰刀，用于根据计算得到的煤粉需求量进行计量并输送到混合喷射机构5。

水蒸汽调节机构4具有用量控制和压力调节功能，可以采用现有的水蒸汽调压装设备，用于根据计算得到的水蒸汽需求量进行控制，调节水蒸汽压力到预设压力值，并将调节后的水蒸汽输送到混合喷射机构5。其中，预设压力值大小与窑尾烟室或分解炉的几何尺寸、窑内工艺状况、混合喷射机构5的结构等因素有关，通常通过实验方法来确定。

水蒸汽调节机构4连接一水蒸汽输送管，输送到水蒸汽调节机构4中的水蒸汽或过饱和水蒸汽可来自于公知的水泥熟料生产企业的余热发电过饱和水蒸汽管道，或利用水泥窑系统的其它热源采用其它方式获得，图1所示的实施例中，水蒸汽热源为过饱和蒸汽包8，过饱和蒸汽包8为水泥企业的现有设备。

混合喷射机构5的数量可根据水泥窑实际情况设为一个或多个，其中，多个混合喷射机构5为并联设置，用于接收来自煤粉计量输送机构2的煤粉和来自水蒸汽调节机构4的水蒸汽，二者混合后在调压后的水蒸汽作用下将混合物喷射到烟室9或分解炉10的还原区内。图1所示的实施例中，还原区设置在水泥窑窑尾烟室9内，混合喷射机构5设置一个。

煤粉计量输送机构2和水蒸汽调节机构4的输送方式可以是连续输送或断续输送，通常情况下为连续输送，混合喷射机构5的喷射方式可以采用连续喷射方式或断续脉冲喷射方式，因此，本实用新型脱硝装置的具体工作方式可根据实际情况灵活设置，主要有以下两种方式：

工作方式一：混合喷射机构5采用连续喷射方式，根据计算的煤粉和水蒸汽需求量进行控制煤粉计量输送机构2的煤粉输送速度和水蒸汽调节机构4的水蒸汽输送速度以及混合喷射机构5的喷射速度；

工作方式二：混合喷射机构5采用断续脉冲喷射方式，根据实际情况设置混合喷射机构5的喷射时间间隔，根据计算的煤粉和水蒸汽需求量进行控制煤粉计量输送机构2的煤粉输送速度、水蒸汽调节机构4的水蒸汽输送速度和混合喷射机构5的每次喷射量。

上述两种工作方式，会根据实际情况进行选取，即根据水泥窑当前产生的氮氧化物的产生量选择：产生量大时用连续喷射方式，并加大喷射量；产生量小时减小喷射量；当产生量更小时，混合喷射机构5以最小喷射能力喷射混合物亦大于需求值时，会改为断续脉冲喷射方式。

另外，考虑其他因素(比如安全性、设备工作温度等)时，也可能会直接采用断续脉冲喷射方式，调节喷射量以匹配氮氧化物的产生量。

为了顺利执行本实用新型脱硝装置的不同工作方式，通常在煤粉计量输送前需要建立仓位进行存储和缓冲，因此，本实用新型还设置有煤粉仓1以及将煤粉从已有的煤磨站7输送到煤粉仓1中的煤粉来料输送泵3，煤磨站7、煤粉来料输送泵3、煤粉仓1和煤粉计量输送机构2依次通过管道相连通，煤磨站7为水泥企业现有的设备，其提供的预先粉磨的煤粉依次通过煤粉来料输送泵3、煤粉仓1和煤粉计量输送机构2输送到混合喷射机构5。

为了增加脱硝装置控制的智能化和便利性，本实用新型脱硝装置还包括一控制器6，煤粉来料输送泵3、煤粉计量输送机构2、水蒸汽调节机构4和混合喷射机构5分别电连接到控制器6，控制器6的作用主要由：计算煤粉和水蒸汽的需求量；控制煤粉来料输送泵3、煤粉计量输送机构2、水蒸汽调节机构4和混合喷射机构5的执行动作和执行顺序；以及监控并显示煤粉来料输送泵3、煤粉计量输送机构2、水蒸汽调节机构4和混合喷射机构5的工作状态。

以上部件按照上述连接关系组装为本实用新型水泥窑熟料煅烧脱硝装置，该装置通过计算煤粉和水蒸汽的需求量，将需求量相匹配的煤粉和高压水蒸汽分别在混合喷射机构5中充分混合并喷射到水泥窑的分解炉10或窑尾烟室9的还原区内，产生强还原剂，将NO_X还原生成无污染的副产物，无需加入催化剂，脱硝降氮效率提高，运行成本降低，其中，氨水用量可降低60％以上；本实用新型脱硝方法对现有生产工艺没有影响，系统运行稳定；该装置自动化程度高，便于操作和维护。

控制器6的硬件部分可采用现有的控制器，包括控制芯片、接口板和显示屏等部件，内置于控制芯片内的控制程序用于生成控制命令并下发到煤粉来料输送泵3、煤粉计量输送机构2、水蒸汽调节机构4和混合喷射机构5的执行机构。

控制器6的控制目标主要是煤粉和水蒸汽的供应满足二者相匹配的需求量，使得水泥窑末端氮氧化物NO_X的排放降至最低，其控制本实用新型脱硝装置进行工作的过程包括以下步骤：

①读取水泥生产线设定时间周期内的氮氧化物的产生量，计算设定时间周期内的煤粉与水蒸汽的需求量；

②根据获取的煤粉需求量，计算煤粉计量输送机构2单位时间内的煤粉输送速度，并生成控制命令传送到煤粉计量输送机构2，控制煤粉计量输送机构2按照所计算的煤粉输送速度输送煤粉到混合喷射机构5；

③根据获取的水蒸汽需求量以及设定的压力预设值，计算水蒸汽调节机构4单位时间内的水蒸汽输送速度，并生成控制命令发送到水蒸汽调节机构4，控制水蒸汽调节机构4调压到预设压力值并按照计算的水蒸汽输送速度输送水蒸汽到混合喷射机构5，然后执行步骤④或步骤⑤；

④根据获取的单位时间内煤粉输送速度、水蒸汽输送速度以及水蒸汽预设值压力，计算混合喷射机构5的喷射速度，并生成控制命令发送到混合喷射机构5，控制混合喷射机构5将混合物喷射到设定的还原区

⑤根据获取的煤粉计量输送机构2的煤粉输送速度、水蒸汽调节机构4的水蒸汽输送速度和预设的混合喷射机构5的喷射时间间隔，计算混合喷射机构5的每次喷射量，并生成控制命令发送到混合喷射机构5，控制混合喷射机构5按照预设的时间间隔将混合物喷射到设定的还原区。

本领域技术人员应当理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不限制本实用新型的范围，对本实用新型所做的各种等价变型和修改均属于本实用新型公开内容。

Claims (6)

1.一种水泥窑熟料煅烧脱硝装置，与烟室(9)或分解炉(10)的还原区相连通，其特征在于，包括煤粉计量输送机构(2)、水蒸汽调节机构(4)和混合喷射机构(5)，煤粉计量输送机构(2)和水蒸汽调节机构(4)分别通过各自管道连接到混合喷射机构(5)，混合喷射机构(5)与所述还原区相连通。

2.根据权利要求1所述的水泥窑熟料煅烧脱硝装置，其特征在于，所述煤粉计量输送机构(2)为煤粉计量铰刀。

3.根据权利要求1所述的水泥窑熟料煅烧脱硝装置，其特征在于，所述水蒸汽调节机构(4)连接一水蒸汽输送管，为所输送的水蒸汽的调压设备。

4.根据权利要求1至3任一项所述的水泥窑熟料煅烧脱硝装置，其特征在于，所述混合喷射机构(5)设有一个或多个，其中，多个混合喷射机构(5)并联设置。

5.根据权利要求4所述的水泥窑熟料煅烧脱硝装置，其特征在于，还包括煤粉仓(1)以及将煤粉从煤磨站(7)输送到煤粉仓(1)中的煤粉来料输送泵(3)，煤磨站(7)、煤粉来料输送泵(3)、煤粉仓(1)和煤粉计量输送机构(2)依次通过管道相连通，煤磨站(7)提供的预先粉磨的煤粉依次通过煤粉来料输送泵(3)、煤粉仓(1)和煤粉计量输送机构(2)输送到混合喷射机构(5)。

6.根据权利要求5所述的水泥窑熟料煅烧脱硝装置，其特征在于，还包括一控制器(6)，煤粉来料输送泵(3)、煤粉计量输送机构(2)、水蒸汽调节机构(4)和混合喷射机构(5)分别电连接至控制器(6)。