TW410263B - Method for reducing Nox emission from a kiln plant - Google Patents

Description

410263 經濟部中央標準局員工消費合作·社印製 .A7 B7 五、發明説明（1 ) 本發明係有閧一種降低源自使用低揮發性燃料進行原 料熱處理之窯廠發散ΝΟχ之方法，其中窯廠燃料可在至少 三個不同區中燃燒。此等至少三値區域中之一燃燒c量燃 料，在此等區域中第二個區域燃燒b量燃料，且亦在此第 二區中送進來自其他至少二儲區域之含N0廢氣。此等至少 三値區域中之其他區域則燃燒a贵燃料，並將至少一部份 原料及含氧氣鱧一起送進此等區域。在第二區及最後一區 中燃燒之燃料缠童b + a係由處理原料之裔要量決定，並 向上及向下調整第二區（2〉與最後一區之燃料燃燒量，b 與a，直到來自第二區之廢氣中NO含量達最少程度為止。 燃燒期間，由於燃料中之氦氧化且由於燃燒空氣中之 氦氧化，而形成気氧化物。若燃燒區之溫度低於1200 1C時，N〇x僅會由燃料中所含之気彤成。這種稱為燃料ΝΟχ 。若溫度上升至1200¾ Μ上時，亦會由燃燒之空氣形成氮 氧化物。這種稱為熱Ν0>«。所形成之燃料Ν0Χ及熱NOx之氣 氧化物中約95%由一氧化氮N0組成。 在燃燒含気之燃料之糸統中，會發生下列反應：

(1) N燃料+〇 — NO (2) Nj)^+NO— M2 + Ο 反應⑴顯示區域中NO之形成隨燃料中気含量及該區中 氣證之氧含量變化。反應⑵顯示若送入此區之氣體中已含 有N0時，則利用燃料所釋出之氮化合物減少供應氣體中之 NO含量。因此N0之淨產量亦依供應氣鹾中N0含量而定，且 由於反應⑵之反應速率随溫度加速之程度比反應⑴之反應 I-------衣—— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 410263 t Λ7 _________ B7 五、發明説明（2 ) 速率快，因此提高溫度之淨效應會減少煅燒區所釋出之NOx 量，在煉爐之高溫燃燒過程中，已知若溫度提高約100°c 時，有可能使煉爐釋出之NOx減少1 0 - 1 5 %。此溫度之有利 上限爲1200°C，在此溫度下，由燃燒空氣形成熱NOx反應 將超過反應⑵之N 0還原反應。 當採用窯廠來製造水泥熔塊時，其熱處理包括礦物原 料之預熱、煅燒、熔結及冷卻。 燃燒含氮燃料之三個區域爲窯內之熔結區，及煉爐內 與至少一個燃燒室內之煅燒區中二個位置。根據本發明之 說明，“燃燒室"爲燃燒燃料之區域，同時在此區添加待 處理之原料。“煉爐”爲位於窯之廢氣所流經之窯氣體管 道中之燃燒室。 製造水泥熔塊之窯廠中之溫度僅在熔結窯本身中超過 1200°C。在窯中必要之溫度與滯留時間則隨原料之特性而 異。燃燒性質差之原料因此需要高溫及/或延長滯留時間 =至高達2000°C之高火焰溫度之條件下 > 會大幅提高NOx 之發散速率。 由測定値顯示*用過之燃料中之揮發物含量及進行煅 燒時之溫度均爲影響煅燒區中NOx形成之因素。燃料中揮 發物含量愈高時，轉形成NOx之Nffi w量似乎愈少。 事實上，構築一個附裝另—個燃燒室之煅燒區，其位 置使得燃燒室僅接受來自冷卻器之第三道空氣時，即有各 種不同優點。若原料係加至該室中時，這種燃燒室則應包 括在锻燒區中。 4¾尺度.¾ ,.ί] *國國家裙準：CNS ：> A J現詻（2! ΰ'< :丨)—公、 (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁)

410263 經濟部中央標準局員工消費合作社印掣 Λ7, Β7 五、發明説明（3) 這種窯廠已說明於歐洲專利案1 0 3 4 2 3 (F . L .史密特公 司（Smidth&Co.A/S，相當於 DK-C-151319)。自其中已 知用於煅燒水泥原料之窯廠（SLC-S)，其中曾考慮到很難 使煉爐中所使用之燃料完全燒盡》此窯廠中|生料先通過 旋風預熱器18、18·、19、20、21後，方送進燃燒室4， 其中原料在來自冷卻器2之熱空氣中煅燒。預熱後，生料 直接送入二個位置之煅燒區：燃燒室4及窯氣體管道28或 滯留室29。如申請專利範圍第4項所示，燃料可經由燃燒 爐45送至窯氣體通道28，但根據第6欄，第13.27行，可 補充燃料之供應，以確保窯氣體通道中生料量可提高。 由美國專利案No.4，〇14,641(三菱（Mitsubishi))已 知一種煅燒水泥原料之窯廠，其中窯之廢氣中氮氧化物含 量因窯氣體通道中產生一個送入還原氣體之區域而減少》 來自冷卻器之熱空氣（經由管道5 )及來自窯之熱空氣〔 經由管道1 3 )流經旋風預熱器1 4 ' 1 5、1 6、1 7，其中原料 與來自冷卻器及來自窯之熱氣體呈逆流方向預熱。位於來 自冷卻器之供氣管道5下方之窯氣體管道區域中，經由管 道12送入還原氣體，形成還原條件。煉爐8中，當送入煉 爐之空氣體積足以使煉爐中燃料氣化但不足以使煉爐中之 燃料完全燒盡時’即可形成還原氣體（第4欄，第1至5 行）《此窯廠一個特別缺點爲燃料很難引燃，且燃燒緩慢 ，無法使用石油焦碳、無煙煤及其他氣體含量低之煤，因 爲其會產生大塊未燃燒焦碳殘餘’會沈澱在旋轉窯中，結 杲貧導致硫排除及結塊之問題， 太+紙浪尺度適用中1國家揉準（CNS〗格（公穿； (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

-7 - 經濟部中央標準局員工消費合作社印裒 ,410263 r 上.-.v…. … A 7 B7 五、發明説明（4 ) 由美國專利案No. 5,364,265 (CLE)中己知另一種煅燒 条统，其中叩*之發散受燃燒室20中還原氣體，即C0：«與Η» 之形成所限制。此過程中，在燃焼室中形成之焦碳具有相 當獨待之反應性質。然而，由於操作期間僅有少數幾値參 數可Μ調整，因此在確保最少量之關^發散方面，很難達 到此方法之最佳條件。燃燒室中之燃料燃燒量完全依生料 所需之煅境程度而定。 本發明希望提供一種可降低來自窯廠之^(^發散之方 法，同時在相當低溫之區域中可利用低反應性燃料，如石 油焦硤、無煙煤及低氣體含量之其他煤。當生產水坭熔塊 時，在生料進入窯之前之（一或行）煅燒單位可發現一個 相當低溫區。 根據本發明，要逹成此目的係在被送進含NO廢氣之區 域中燃燒所使用之.燃料b量及在被送進原料及含氣氣體之 區域中燃燒所使用之燃料a置分別向上及向下調整，直到 在被送進接牧所有其他燃燒區之含NO廢氣之區域所產生之 廢氣中N0含量降至最少為止。燃燒燃料b與a之區域中之 溫度在900至120010之間。 實際上，此方法係在位於第三空氣管道之燃燒室中及 為位於窯氣體管道中作為燃燒室之煉爐中燃燒燃料*因此 為ILC-廠（連線煉爐）及SLC-S-廠（分離線-煉爐-單- 預熱管線）。因此可合理地假設，由此等燃燒廠發散之NOx 應為自ILC廠發散之Ν0χ舆自容量相等之SLC-S-廠發散之NCU 之間之平均值。然而相當令人驚訝的是，根據申請專利範 ---------裝— (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 各紙浃尺度通用tai家螵逢（CNS )以成洛v 公室- 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 410263 A7 '_ _ '_ 五、發明説明（5) 圔第1項所述方法操作之窯廠所發散之NOx低於二種傳統 窯廠ILC與SLC-S-中任一者可達到之發散量。 此外，任何現有之ILC廠相當容易改成可根據申請專 利範圍第1項所述方法操作之窯廠，此表示，可使用很難 在煅燒區中燃燒之燃料。 如歐洲專利案N〇. 1 03423所說明之現有SLC-S廠已可在 窯氣體通道中燃燒燃料，以形成還原區，且因此本發明可 應用於此等窯廠，不需要改變窯廠之任何主要結構。 甚至當窯氣體管道中燃燒適量b燃料時|由於燃料總 量之約10%用在煅燒區中，因此可顯著降低煅燒區所發散 之NOx，但當煉爐中燃燒燃料b量之約25至75%之間時， 逋常可使煅燒區所發散之NOx降至最少。 爲了在製造水泥熔塊期間使NOx發散降至最少，有利 之作法爲在燃燒室及煉爐中進行相當髙溫處理，因爲反應 ⑵之反應速率會相對於反應⑴之反應速率提高。此外 > 燃 燒緩慢之燃料如：石油焦碳與無煙煤在較高溫下會增加完 全燃燒之機會。當採用此方法製造水泥時，操作溫度之最 高値爲約120(TC =當溫度在1 200°C左右時，生料開始形成 液相，導致生料轉呈黏稠。 調整煉爐及燃燒室中溫度之一項有利作法爲依控制之 方式將生料送入煅燒區中。已證實特別有利之作法爲將送 入煆燒區之生料分成三股副流。這三股副流爲除了生料進 入燃燒室外，再分別於之前/之後送入煉爐中。這種分開 進料之作法係使緊接在含來自窯之廢氣，來自燃燒室之廢 本紙蒗尺度通用中國躅家.揉準（CNS ) A4吒格 ( 2丨0:<29-公贷 -9 — (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁)

經濟部中夬標準局目.工消費合作杜印製 410263 ….........— A7 _B7_ _ 五、發明説明（6 ) 氣與部份燃燒原料及煉瀘燃料之混合物之後，但在添加其 餘原料之前之區域部份設定在1〇〇〇至ιΐ5〇υ之溫度。此溫 度區可使NOx進行有利之分解，且有利於使用不容易燃燒 之燃料如：石油焦碳及無煙煤。 本發明現將參考圖解詳細說明，其中 第1_出示可進行根據申請專利範圍所述之方法之窯 廠贲例， 第2園出示源自許多ILC廠之Ν〇χ發散量以加至煉爐内 之Ν0Χ進料量為函數之變化， 第3圖出示源自練瀘之Ν0Χ發散以煉瀘中燃料添加童 為函數之變化與煅燒匾之燃料總添加童之關係。 第1圖中之窯廠為製造水泥熔塊之窯廠。其包括窯1 、煉爐2及燃燒室3。在蕪1之後為熔塊冷卻器4，熱空 氣由此經由管道5帶至煅燒區。熱空氣分成二齒管道5a與 5b，使空氣送給煉瀘2及燃燒室3。來自窯1之熱廢氣經 由管道6送给煉爐2，熱廢氣則舆自燃燒室3經由管道7 送來之部份煅燒材料混合。 煅燒材料係由煉S2經由管道8呈懸浮液送至分離旋 風器9。在分離旋風器中，氣體/材料憨浮液分離成一股 煅燒材料物流及一股熱氣髏滾。煅燒之原料經由管道10帶 至旋轉窯1，熱氣流則經由管道11導入具有數儲旋風器之 憨浮液預熱器。第1圖中僅出示預熱器中最低之旋風器.12 〇 來自旋風器12之預熱原料經由三分滢器13,經由三傾 I-------——------IT------.-}冰 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央橾準局員二消資合作衽印製 410263 t Γ A7 _ ,_B7 _ 五、發明説明（？） 管道14、15與16,向下導入煅燒區内。管道14負責將原料 送到煉瀘後面之位置，或送至適當煉壚2内，管道15則將 原料送到源自窯1之裔氣中*以使生料導入煉瀘2内，管 道16將原料送到燃燒室3中。管道16可將材料直接導入燃 燒室3内或導入第三空氣管道5内，後者示於第1圖中。 總原料物流在控制下連繪分佈在三値管道14、15與16 之間，且在特殊情況下，可例如：選擇經由管道14、15與 16中之一條或數條來中斷材料之流動。 此窯廠中，燃料可在煉饈2中，利用燃燒器17燃燒（ b仟卡/公斤熔塊），在燃燒室3中，利用燃燒器18燃燒 (a仟卡/公斤熔塊），及在窯1中，利用燃燒器19燃燒 (c仟卡/公斤培塊）。 第2圖出示許多ILC煉瀘中，NO產量Μ由窯送至煉爐 中之NO童為函數變化之記錄數據。由於該等數據與來自使 用不同燃料進行燃燒之許多不同窯廠之測定值有關，而具 有不同熱量值及氮含置，因此選擇一種無因次式子說明， 其中 NOjg X =- N想料 NO ± - NO% V =--- =科形成NO之轉化率。 -且NO*、NO出與計算為仟其耳/小時或公斤 ---.I - - - - - · ί-i ! (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 t 410263 ； A7 ______B7_^__ 五、發明説明（8 ) N-克當量/公斤烙塊。 若由曲線配合實驗數據，則得到下列Μ係式： y = Ι5·εχρ(-χ)- 1 若可Μ選擇χ之大小時，應選擇χ使y< Ο，此表示自谏 濾中排出之NOx量低於供應给煉爐之量。若可依申請專利 範圍第1磚所述，在窯廠中三値位置進行燃燒時，則可選 擇到這種X值。 當窯廠之燃料可在煉瀘及燃燒室中燃燒，而使用上述 形式之y進行計算實例時，則得到第3圖。 此實例中，窯廠共燃燒750仟卡/公斤熔塊*且旋轉 窯中燃燒之c = 300仟卡/公斤熔塊。若旋轉窯中使用石油 焦碩作為燃料時，Ng胃形成NO之轉化率將相當低，此乃 因石油焦磺之火焰溫度不特別高*且所產生之熱^^(^量將 因此而相當少，同時窯中約1400t：.之溫度即足以使反應⑵ 佔優勢。其結果則為窯之轉化率設定為ys =0.3,此係使 用石油焦碩之旋轉窯之典型數據。 煅燒區中，偽在a + b= 450仟卡/公斤熔塊下進行 燃堍，其分佈為煉瀘中為b仟卡/公斤熔塊，燃燒室中則 為450-b仟卡/公斤熔塊。當使用石油焦硪燃燒時，若燃 燒室中溫度保持在約1100¾，燃燒室中轉化率將典型地在 y * = 〇 · 5 〇 下列公式適用於煉爐： ,, —% 〇 出，一 ~这 > .¾¾ 本紙法尺度連用令33苳梯準（CXS } A·；规洛（210.<29·?公+f (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) _裝------訂 410263 A7 B7 五、發明説明f 9

N => N〇

N «料，/煉a y + N Ο mx 况嫌科，谏ft.少谏tt + (W燃科，薄.少絮+ "*钭，《^.少燃场 發散量NO出.Wlt係於第3圖中，以b/a + b之函數 表示

NO 出，埭a Λ#"1· 〃《料，蒲Λ窯 7窯.+ ^料，《堍少燃埃 —--------▼裝— (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 1.5 exp NOΤΓ \ \ 逸，沫法 燃料》jssr 訂 ( r 1.5 · exp 300-0,3 + (450-6)-0,5 b 100.0,3 + (450 -/)).0.5 / y 經濟部中央標隼局員工消費合作社印製 若b/a + b =0時，該窯廠則用為SLC-S廠，此時NO: 則在絕對最大值。若b / a + b = 1時，則a= 〇且該窯廠 則用為ILC廠。 由第3圖可見，當b/a + b«0.5時，㈣^發散達最 低限。 該最低限基本上隨窯之NOx產童而異。由窯送至煉嫿 之NO*進料愈多時，燃燒室中燃燒之燃料a量應愈低。 本纸峰尺及』3 a ; CM ) Λ4規咯 '」丨）、公免） A7 B7

If.1-i 五、發明说明（ 元件標號對照表 1 10 管道 2 煉爐 11 管道 3 燃燒室 12 旋風器 4 熔塊冷卻器 13 三分流 5a 管道 14 管道 5b 管道 15 管道 5 管道 16 管道 6 管道 17 燃燒器 7 管道 18 燃燒器 8 管道 19 燃燒器 9 分離旋風器 (請先閲讀背面之注意事頃再填寫本頁) _ ':-"^_ _ I.^,¾.---- -訂-----

經淖部中屮梂準局消资合竹"印P 4、紙張尺度通川屮阁㈤孓橾今（「NS ) A_mL格（2H)X297公潑 14

Claims (1)

1. 410263 A8 B8 C8· D8 經濟部中央標準局KK1-消費合作社印製 七、申請專利範圍 第86101207號專利再審查案申請專利範圍修正本 修正日期：87年1〇月 1 ‘一種降低源自於一用於原料加熱處理之窯廠的 散之方法’其中窯廠之含氮燃料可在至少三個不同區 域内被燃槔之；於此等至少三個區域的第一區（丨）中有 c量燃料被燃燒，且含氧氣體被送入此區域中；於此等 至少三個區域之第二區（2)中有b量燃料被燃燒，且有 來自其他至少兩區（1，3)的含NO廢氣分別經由管道（6)與 官道（7)被送入該苐二區中，離開該第二區域之廢氣被 排出窯腐：；於此等至少三個區域之第三區域（3)中有a 量燃料被燃燒’並有含氧氣體被送入此區域（3 )中；在 該第二區及第三區（2,3)中所燃燒之燃料總量b + a係由為 獲得被送入該第一區内的原料之一所欲熱處理程度之 能量需求來決定，其中b對a的比例被調整，俾使來自 於該第二區（2)之廢氣達到最低NO含量為止；其中來自 於一預熱器（12)的原料氣流被分做三股氣滴^ (14,1 5,16)，俾以調節此等至少三個區域之第二區及第 三區中的溫度落於一在900-12〇0°C之範圍中，其中此 等氣流的第一股氣流（1 5)被送入由該第一區（1)經由營 道（6)流往該第二區（2)之廢氣中’並且此等氣流中的第 二股氣流（16)被送入該第三區中（3)’該方法之特徵在 於此等氣流中的第三股氣流U4)經由該第二區被送 往朝下游流至該管道（7)的原料流中’該管道（7)提供了 來自該第三區之經部分鍛燒的材料。 本紙承尺度適用中國离家標準（CNS 規格（公* ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) ^ utln-li s^· n^i I，i I I . 410263 A8 B8 C8· D8 經濟部中央標準局KK1-消費合作社印製 七、申請專利範圍 第86101207號專利再審查案申請專利範圍修正本 修正日期：87年1〇月 1 ‘一種降低源自於一用於原料加熱處理之窯廠的 散之方法’其中窯廠之含氮燃料可在至少三個不同區 域内被燃槔之；於此等至少三個區域的第一區（丨）中有 c量燃料被燃燒，且含氧氣體被送入此區域中；於此等 至少三個區域之第二區（2)中有b量燃料被燃燒，且有 來自其他至少兩區（1，3)的含NO廢氣分別經由管道（6)與 官道（7)被送入該苐二區中，離開該第二區域之廢氣被 排出窯腐：；於此等至少三個區域之第三區域（3)中有a 量燃料被燃燒’並有含氧氣體被送入此區域（3 )中；在 該第二區及第三區（2,3)中所燃燒之燃料總量b + a係由為 獲得被送入該第一區内的原料之一所欲熱處理程度之 能量需求來決定，其中b對a的比例被調整，俾使來自 於該第二區（2)之廢氣達到最低NO含量為止；其中來自 於一預熱器（12)的原料氣流被分做三股氣滴^ (14,1 5,16)，俾以調節此等至少三個區域之第二區及第 三區中的溫度落於一在900-12〇0°C之範圍中，其中此 等氣流的第一股氣流（1 5)被送入由該第一區（1)經由營 道（6)流往該第二區（2)之廢氣中’並且此等氣流中的第 二股氣流（16)被送入該第三區中（3)’該方法之特徵在 於此等氣流中的第三股氣流U4)經由該第二區被送 往朝下游流至該管道（7)的原料流中’該管道（7)提供了 來自該第三區之經部分鍛燒的材料。 本紙承尺度適用中國离家標準（CNS 規格（公* ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) ^ utln-li s^· n^i I，i I I . ABCD 410263 '中請專利範圍 如申請專利範圍第1項之方法，其特徵在於此等氣流之 第三氣流（14)在一個位在該第三區⑺之後處被送入該 材料流中。 3·如申請專利範圍第1項之方法，其特徵在於該第—區為 一窯（1)，該第二區為一煉爐（2)而該第三區為至少一個 燃燒室（3)。 4·如申請專利範圍第丨項之方法，其特徵在於該材料與含 氧氣體被送入該（等）燃燒室（3)的上部，被燃燒的燃料 也進入該（等）燃燒室（3)的上部，且由該（等）燃燒室（3) 之底部取出至少部份經鍛燒的材料以及廢氣。 •如申明專利||圍第1至4項中任一項之方法’其特徵在 於4煉爐（2)之溫度係在900-1150。〇之範圍内。 6·如申請範圍第5項之方法，其特徵在於該煉爐之溫 度係在950-1 1 50。〇之範圍内。 7_如申請範圍第6項之方法，其特徵在於該煉爐（2)之溫 度在1000-1150°C之範圍内。 8‘如申請範圍第5項之方法，其特徵在於該（等）燃燒室（3) 之溫度在900_1200°C之範圍内。 9‘如申請範園第8項之方法，其特徵在於該（等）燃燒室（3) 之溫度係在1000-12001：之範圍内。 10 ·如申請範園第9項之方法，其特徵在於該（等）燃燒室（3) 之溫度係在1050-1200X：之範圍内=> 11 ‘如申諳範圍第6項之方法，其特徵在於該（等）燃燒室（3) 之溫度係在900-1 20CTC之範圍内。 CNS ) A4 规格（2^X297 公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) •裝· 、?τ. 經濟部宁央標準局員工消費合作社印裝 410263 Μ --—______ D8 六、申請專利範圍 12.如申4範圍第11項之方法，其特徵在於該（等）燃燒室（3) 之溫度係在1000_1200°c之範圍内η ' •々申清範圍第12項之方法，其特徵在於該（等）燃燒室（3) 之溫度係在l〇5〇-12〇〇t之範圍内。 士申清軏圍第7項之方法，其特徵在於該（等）燃燒室（3) 之溫度係在900-1200eC之範圍内。 15·如申請範圍第14項之方法，其特徵在於該（等）燃燒室⑶ 之溫度係在l〇〇〇_12〇〇°c之範圍内。 1ό.如申請範S!第15項之方法，其特徵在於該（㈣燒室⑺ 溫度在1050-1200°C之範圍内。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} ¾ 裝 經濟部中央榇準局β;工消費合作社印製