TW202332501A - 水泥燒成裝置及水泥窯排氣之脫硝方法 - Google Patents
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Abstract
[課題]使用還原性氣體來效率良好地減低水泥窯排氣中之NOx濃度。
[解決手段]一種水泥燒成裝置1，具備：分取裝置13，從預熱旋風分離器分取預熱原料；氣化裝置14，將以分取裝置所分取出之預熱原料R4作為熱源來將有機性廢棄物氣化而生成還原性氣體RG；投入裝置15、16，將藉由氣化裝置所生成之還原性氣體及從氣化裝置排出之預熱原料R5投入水泥窯的窯尾4或從窯尾起到煅燒爐3為止之燃燒氣體流路；及脫硝用燃燒器9，將燃料F3及燃燒用空氣的一部分A吹入燃燒氣體流路，使該燃料部分燃燒。可以作成：脫硝用燃燒器具備使燃料與燃燒用空氣的一部分之混合流旋繞之旋繞機構(旋繞葉片9b)。可以作成：將前述還原性氣體設為300℃以上且在600℃以下。
Description
本發明是有關於一種減低從水泥窯排出之燃燒氣體中的氮氧化物(以下稱作「NOx」)濃度之技術。
在水泥窯的燒成帶的高溫區域中會產生NOx，若水泥窯排氣之NOx濃度變高，會投入尿素或氨等的脫硝劑、或以藉由在煅燒爐之燃燒所進行之還原作用來減低NOx濃度。但是，若利用尿素來作為脫硝劑，因為尿素價格高，所以運轉成本會高漲。又，僅添加尿素，並無法獲得所期望的脫硝效率，且有未和NOx反應之剩餘氨會直接排出到系統外之疑慮。
於是，專利文獻1中記載有如下之發明：將廢塑料等的有機性廢棄物氣化來生成還原性氣體，並將還原性氣體作為含氮氧化物之還原劑來利用而投入從水泥窯的原料入口端起到煅燒爐為止之預熱器中的燃燒氣體流路、煅燒爐本體、或自煅燒爐起至2段以上之旋風分離器為止之燃燒氣體流路。
先前技術文獻
專利文獻
專利文獻1：日本特開2008-18371號公報
發明欲解決之課題
專利文獻1中記載之發明雖然有效，但即使將有機性廢棄物氣化後之還原性氣體投入水泥窯的窯尾等，若和水泥窯排氣之混合狀態差，仍然會有無法獲得所期望之NOx減低效果之問題。
於是，本發明是有鑒於上述以往技術中的問題點而作成之發明，其目的在於效率良好地使用還原性氣體來減低水泥窯排氣中的NOx濃度。
用以解決課題之手段
為了達成上述目的，本發明之水泥燒成裝置的特徵在於具備：分取裝置，從預熱旋風分離器分取預熱原料；氣化裝置，將以分取裝置所分取出之預熱原料作為熱源來將有機性廢棄物氣化而生成還原性氣體；投入裝置，將藉由該氣化裝置所生成之還原性氣體及從該氣化裝置排出之預熱原料投入水泥窯的窯尾或從窯尾起到煅燒爐為止之燃燒氣體流路；及脫硝用燃燒器，將燃料及燃燒用空氣的一部分吹入前述燃燒氣體流路，使該燃料部分燃燒。
根據本發明之水泥燒成裝置，由於在水泥窯的窯尾或從窯尾起到煅燒爐為止之燃燒氣體流路設置脫硝用燃燒器，因此會促進水泥窯排氣與還原性氣體之混合，而可以藉由脱硝用燃燒器之設置與還原性氣體的投入之加乘效果，效率良好地減低水泥窯排氣中的NOx濃度。
在上述水泥燒成裝置裝置中，可以作成：前述脫硝用燃燒器具備使前述燃料與前述燃燒用空氣的一部分之混合流旋繞之旋繞機構。藉此，可以提升水泥窯排氣與還原性氣體之混合效率，而可進一步提升NOx減低效果。
又，作為前述脫硝用燃燒器，是將旋繞方向相互不同之一對脫硝用燃燒器設置在藉由前述氣化裝置所生成之還原性氣體或/及從該氣化裝置排出的預熱原料之往前述燃燒氣體流路的投入部的下方，藉此可以進一步促進水泥窯排氣與還原性氣體之混合，而提高脫硝效率。
又，本發明之水泥窯排氣之脫硝方法的特徵在於進行以下步驟：
從水泥燒成裝置的預熱旋風分離器分取預熱原料；
將所分取出之預熱原料作為熱源來將有機性廢棄物氣化，並將所生成之還原性氣體及使用於氣化後之預熱原料投入水泥窯的窯尾或從窯尾起到煅燒爐為止之燃燒氣體流路，並且將燃料及燃燒用空氣的一部分吹入前述燃燒氣體流路，使該燃料部分燃燒。
根據本發明，由於將燃料及燃燒用空氣的一部分吹入水泥窯的窯尾或從窯尾起到煅燒爐為止之燃燒氣體流路，因此會促進水泥窯排氣與還原性氣體之混合，而可以藉由以吹入燃料及燃燒用空氣的一部分之作法所進行之脱硝與還原性氣體的投入之加乘效果，效率良好地減低水泥窯排氣中的NOx濃度。
在上述水泥窯排氣之脫硝方法中，可以作成：將投入前述水泥窯的窯尾或從窯尾起到煅燒爐為止之燃燒氣體流路之還原性氣體設為300℃以上且600℃以下。可以藉由投入溫度相對較低之還原性氣體，而抑制燃燒氣體流路中的結皮(coating)的生成，並增加在煅燒爐的燃料使用量。
發明效果
如以上，根據本發明，可以使用還原性氣體來效率良好地減低水泥窯排氣中之NOx濃度。
用以實施發明之形態
圖1顯示本發明之水泥燒成裝置的一實施形態，此水泥燒成裝置1是以下列構件等來構成：預熱器2，將水泥原料(以下稱為「原料」)R預熱；煅燒爐3，藉由從煅燒爐燃燒器11吹入之燃料F2來對來自預熱器2的由下數來第2段之旋風分離器2b的原料R1進行煅燒；水泥窯5，藉由從主燃燒器10吹入之燃料F1來對來自預熱器2的最下段旋風分離器2a的原料R2進行燒成；熟料冷卻器6，將在水泥窯5燒成後之水泥熟料冷卻；分取裝置13，從最下段旋風分離器2a分取預熱原料；氣化裝置14，以在分取裝置13分取出之預熱原料R4作為熱源來將有機性廢棄物氣化而生成還原性氣體；投入裝置15，將藉由氣化裝置14生成之還原性氣體RG投入水泥窯的窯尾4或從窯尾4起到煅燒爐3為止之燃燒氣體流路；滑槽(chute)(投入裝置)16，將從氣化裝置14排出之預熱原料R5投入窯尾4或從窯尾4起到煅燒爐3為止之燃燒氣體流路；及脫硝用燃燒器9，將燃料F3及燃燒用空氣的一部分A吹入燃燒氣體流路，以低空氣比來讓燃料F3部分燃燒。再者，預熱器2、煅燒爐3、水泥窯5以及熟料冷卻器6之構成和以往之構件同樣。
氣化裝置14是將廢塑料、木屑、廢輪胎、污泥等的有機性廢棄物作為有機性廢棄物氣化而生成包含氫、一氧化碳、甲烷、二氧化碳等之氣體的還原性氣體RG之裝置，且可以使用熱分解爐。又，投入裝置15在可以用水泥窯5內之負壓來吸引氣體的情況下可為配管，如果不是該情況則為葉扇(fan)等。再者，來自投入裝置15之還原性氣體RG亦可從投入預熱原料R5之滑槽16投入到燃燒氣體流路，亦可從和滑槽16不同的配管投入。
如圖2所示，脫硝用燃燒器9全部共設置4支(9A~9D)，且可從各個脫硝用燃燒器9(9A~9D)吹入燃料F3及燃燒用空氣的一部分A。4支脫硝用燃燒器9當中，在投入還原性氣體RG及預熱原料R5之滑槽16的下方配置2支(9B、9C)，且如圖2(c)所示，設定為：脫硝用燃燒器9B的旋燒流成為順時針方向，脫硝用燃燒器9C的旋繞流成為逆時針方向，藉此可以有效地促進水泥窯排氣G與還原性氣體RG的混合。再者，在並非在相同的滑槽16進行還原性氣體RG與預熱原料R5的投入的情況下，則在投入還原性氣體RG之配管或投入預熱原料R5之滑槽16的任一者的下方配置上述2支脫硝用燃燒器(9B、9C)。
如圖3所示，脫硝用燃燒器9具備：圓筒狀構件9h，在筒狀的本體9a的前端部以旋繞角度10~50度固定有6~10片旋繞葉片(旋繞機構)9b；棒狀構件9j，位於圓筒狀構件9h的中心部；及環狀構件9f，位於圓筒狀構件9h的前端外側。此脫硝用燃燒器9以耐火物9e覆蓋前端部側，且藉由托架9d結合本體9a的後端側的安裝用構件9c與窯尾4的表面4a來裝設於窯尾4等。窯尾4等也受到耐火物4b保護。再者，旋繞角度是指：在如圖3(c)所示，將圓筒狀構件9h展開成平面狀的情況下，脫硝用燃燒器9的軸線方向9m與旋繞葉片9b的中心線9g所形成的角度θ，且和流路的前端9k中的固體粉末燃料流F的旋繞角度一致。上述旋繞葉片9b的片數及旋繞角度可以合宜變更。
其次，一邊參照圖1至圖3一邊說明本發明之水泥窯排氣之脫硝方法。
在水泥燒成裝置1的預熱器2使用來自水泥窯5之排氣G來進行原料R的預熱，並在煅燒爐3對來自預熱器2的旋風分離器2b之原料R1進行煅燒。此時，從煅燒爐燃燒器11將來自熟料冷卻器6之3次空氣G1與燃料F2一起吹入並使燃料F2燃燒。在燃料F2方面，可使用微粉煤、重油、可燃性廢棄物、可燃性氣體等，且亦可將可燃性廢棄物使用在燃料F2的一部分或全部。
另一方面，利用分取裝置13從最下段旋風分離器2a的原料滑槽12分取預熱原料，並以所分取出之預熱原料R4作為熱源在氣化裝置14將作為有機性廢棄物之廢塑料以10t/h左右氣化。將所產生之300℃以上且600℃以下之還原性氣體RG藉由投入裝置15透過滑槽16投入窯尾4或從窯尾4起到煅燒爐3為止之燃燒氣體流路。另一方面，將從氣化裝置14排出之預熱原料R5透過滑槽16投入窯尾4或從窯尾4起到煅燒爐3為止之燃燒氣體流路。
若在未使用還原性氣體RG的情形下將供給至煅燒爐3之燃料F2的50%以上投入前述燃燒氣體流路，結皮會附著而無法繼續運轉，但可以藉由導入300℃以上且600℃以下之溫度相對較低之還原性氣體RG與從氣化裝置14排出之預熱原料R5，來抑制結皮之附著，並讓投入煅燒爐3之燃料F2的量增加。
又，也可從設置在水泥窯5的窯尾4等之脫硝用燃燒器9來將燃料F3和燃燒用空氣的一部分A一起吹入，而促進水泥窯排氣G與還原性氣體RG之混合，且可以藉由脫硝用燃燒器9之設置與還原性氣體RG投入之加乘效果，效率良好地減低水泥窯排氣G中的NOx濃度。在燃料F3方面，和煅燒爐3用之燃料F2同樣，可以使用微粉煤、重油、可燃性廢棄物、可燃性氣體等，且亦可同時使用這些的任一種或複數種。
藉由從脫硝用燃燒器9吹入燃料F3，可以在窯尾內的低氧區域中將水泥窯5之包含於排氣G的NOx還原。又，使用燃燒用空氣的一部分A讓燃料F3部分燃燒，且未燃燒份在煅燒爐3內藉由3次空氣G1使其完全燃燒，藉此可以進行原料R2、R3之脫羧，也可以提升水泥燒成裝置1整體的脫羧效率。此時，因為藉由設置在脫硝用燃燒器9之旋繞葉片9b使燃料F3與燃燒用空氣的一部分A之混合流旋繞而從窯尾4吹入煅燒爐3之間，所以燃料F3的燃燒效率會提升。
其次，從水泥窯5的主燃燒器10吹入微粉煤等燃料F1，來對來自預熱器2的旋風分離器2a之原料R2進行燒成，並將所得到之熟料在熟料冷卻器6冷卻而得到水泥熟料CL。
以往，以水泥窯排氣G作為對象，雖然單獨藉由還原性氣體RG的投入已有50ppm左右之NOx減低效果，且單獨藉由脫硝用燃燒器9的設置(二段燃燒)已有50ppm左右之NOx減低效果，但根據本發明，可藉由脫硝用燃燒器9的設置與還原性氣體RG的投入之加乘效果，而進一步發揮20ppm左右以上之NOx減低效果。
再者，在上述實施形態中雖然是從最下段旋風分離器2a分取預熱原料來作為氣化裝置14的熱源使用，但也可以使用比最下段旋風分離器2a更上方之預熱旋風分離器2b等。
1:水泥燒成裝置
2:預熱器
2a:最下段旋風分離器
2b:旋風分離器
3:煅燒爐
4:窯尾
4b,9e:耐火物
5:水泥窯
6:熟料冷卻器
9,9A,9B,9C,9D:脫硝用燃燒器
9a:本體
9b:旋繞葉片(旋繞機構)
9c:安裝用構件
9d:托架
9f:環狀構件
9g:中心線
9h:圓筒狀構件
9j:棒狀構件
9k:流路的前端
9m:軸線方向
10:主燃燒器
11:煅燒爐燃燒器
12:原料滑槽
13:分取裝置
14:氣化裝置
15:投入裝置
16:滑槽
A:燃燒用空氣的一部分
CL:水泥熟料
F:固體粉末燃料流
F1~F3:燃料
G:水泥窯排氣
G1:3次空氣
R,R1~R3:原料
R4,R5:預熱原料
RG:還原性氣體
θ:角度
圖1是顯示本發明之水泥窯燒成裝置的一實施形態的概略圖。
圖2是顯示本發明之水泥窯燒成裝置的脫硝用燃燒器的配置例之概略圖，(a)是局部破斷正面圖，(b)是局部破斷左側面圖，(c)是局部破斷右側面圖，(d)是頂視圖。
圖3是顯示圖1之脫硝用燃燒器的圖，(a)是剖面圖，(b)是側面圖，(c)是燃燒器前端部的展開圖。
1:水泥燒成裝置
2:預熱器
2a:最下段旋風分離器
2b:旋風分離器
3:煅燒爐
4:窯尾
5:水泥窯
6:熟料冷卻器
9:脫硝用燃燒器
10:主燃燒器
11:煅燒爐燃燒器
12:原料滑槽
13:分取裝置
14:氣化裝置
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16:滑槽
A:燃燒用空氣的一部分
CL:水泥熟料
F1~F3:燃料
G:水泥窯排氣
G1:3次空氣
R,R1~R3:原料
R4,R5:預熱原料
RG:還原性氣體
Claims (5)
- 一種水泥燒成裝置，其特徵在於具備： 分取裝置，從預熱旋風分離器分取預熱原料； 氣化裝置，將以分取裝置所分取出之預熱原料作為熱源來將有機性廢棄物氣化而生成還原性氣體； 投入裝置，將藉由該氣化裝置所生成之還原性氣體及從該氣化裝置排出之預熱原料投入水泥窯的窯尾或從窯尾起到煅燒爐為止之燃燒氣體流路；及 脫硝用燃燒器，將燃料及燃燒用空氣的一部分吹入前述燃燒氣體流路，使該燃料部分燃燒。
- 如請求項1之水泥燒成裝置，其中前述脫硝用燃燒器具備使前述燃料與前述燃燒用空氣的一部分之混合流旋繞之旋繞機構。
- 如請求項2之水泥燒成裝置，其中作為前述脫硝用燃燒器，是將旋繞方向相互不同之一對脫硝用燃燒器設置在藉由前述氣化裝置所生成之還原性氣體或/及從該氣化裝置排出之預熱原料之往前述燃燒氣體流路的投入部的下方。
- 一種水泥窯排氣之脫硝方法，其特徵在於進行以下步驟： 從水泥燒成裝置的預熱旋風分離器分取預熱原料； 將所分取出之預熱原料作為熱源來將有機性廢棄物氣化，並將所生成之還原性氣體及使用於氣化後之預熱原料投入水泥窯的窯尾或從窯尾起到煅燒爐為止之燃燒氣體流路，並且將燃料及燃燒用空氣的一部分吹入前述燃燒氣體流路，使該燃料部分燃燒。
- 如請求項4之水泥窯排氣之脫硝方法，其中投入前述水泥窯的窯尾或從窯尾起到煅燒爐為止之燃燒氣體流路之還原性氣體為300℃以上且600℃以下。
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