CN105805775A - 一种水泥窑热碳还原脱硝的还原气氛快速形成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水泥窑热碳还原脱硝的还原气氛快速形成方法，本方法可在分解炉内快速有效地形成还原气氛，能保证还原区域内还原性气体含量高，从而促进热碳还原脱硝反应的进行，大幅提高了热碳还原脱硝效率；同时本方法对水泥窑稳定性影响小，操作简便灵活，成本较低。

Description

一种水泥窑热碳还原脱硝的还原气氛快速形成方法
技术领域
本发明涉及一种水泥窑热碳还原脱硝的还原气氛快速形成方法，属于环境保护领域。
技术背景
处在经济高速发展时期的我国，水泥的产量和需求十分巨大，仅2014年我国的水泥熟料产量就多达14.17亿吨，而且我国水泥的产量已连续多年居世界之首。随着水泥产量的不断增加随之带来的环境问题也在日益加剧。早在2012年中国国务院就印发了《节能减排“十二五”规划》，提出水泥行业为NOx减排的重点行业。2013年我国颁发的《水泥工业大气污染物排放标准》(GB4915-2013)中对于NOX的排放标准更是从原先的800mg/m3下调到400mg/m3。为实现达标排放，我国的水泥生产厂家实施了各种脱硝技术也取得了一定成果。现行实施的脱硝方法主要有低氮燃烧法、SNCR法和SCR法等。
由于水泥窑自身的特点，SNCR脱硝方法被广泛应用于水泥生产行业成为水泥厂脱硝的主流技术。但SNCR脱硝技术所用还原剂为氨水或尿素，不但成本较高且在使用过程中还可能会出现氨泄露造成二次污染等环境问题。所以，SNCR脱硝技术是否为最佳脱硝技术一直备受争议。
热碳还原脱硝技术是利用煤中所含的碳成分的还原性，在催化剂的作用下使NOx还原成氮气的脱硝技术。与SNCR脱硝技术相比，具有投资低、运营成本低、脱硝效率高、不会造成二次污染等诸多优点，从而越来越受到重视和接受。而热碳还原脱硝技术的关键在于脱硝区域还原气氛的建立。
目前公知的建立还原气氛的方法主要是分级燃烧法。分级燃烧根据实施方法的不同可分为空气分级燃烧和燃料分级燃烧两种。
空气分级燃烧法：在水泥行业中空气分级燃烧技术主要应用于分解炉内。其实施方法是将三次风分两股送入分解炉，使分解炉下部区域的空气过剩系数α保持在0.8至0.85之间，从而在该区域形成还原气氛，再将剩余空气通过补风口送至炉内使剩余燃料尽量燃烧充分。但是该方法存在着矛盾制约，即，当增加分解炉上部分风量时，还原区的还原气氛势必加强，因而会造成煤粉燃烧不完全而使燃烧后移，对水泥窑的窑况产生影响；当减少分解炉上部分风量时则又会削弱还原区域的还原气氛。
燃料分级燃烧法：是指将所用燃料分为两股或多股，使其在三个不同的燃烧区域中发生反应的一种方法。其中，第一燃烧区为富氧燃烧区，该区域中送入总用量80％至85％的燃料，使空气过剩系数α保持在1.1至1.4之间。第二燃烧区为再燃烧区，该区域内加入剩余15％至20％的燃料并将空气过剩系数保持在1.05至0.7之间形成还原气氛。最后，在第三燃烧区继续通入空气使其燃尽。该方法虽然可以灵活控制还原氛围但实施操作难度较大且成本较高。
如上所述，我国现有的水泥窑脱硝还原气氛形成方法各存在着不同的缺陷，有较大的局限性。
发明内容
为了克服现有水泥窑还原气氛形成中存在的问题，本发明人公开了一种水泥窑热碳还原脱硝的还原气氛快速形成方法。本方法能快速有效形成还原气氛，对水泥窑稳定性影响小且成本低、操作简便灵活，提高了热碳还原脱硝的效率。
本发明的目的在于提供一种水泥窑热碳还原脱硝的还原气氛快速形成方法，步骤包括：
1)在采用空气分级燃烧技术的所有窑外分解炉上，调节三次风的分风比例，以使分解炉下部的还原区域内的空气过剩系数α保持在0.85至1.1之间，使A和B区域形成弱还原气氛。
2)三次风补风管端口F的下方5m至40m的位置，向形成弱还原气氛的区域内喷入少量可燃气体，以使区域B充满还原性气体而快速形成较强还原气氛。
可燃气体喷入分解炉内的方式是：将一对或一对以上燃气管相对布置，每对燃气管的喷头均处在同一水平线上；可燃气经过径向伸入还原燃烧区的燃气管被向下或向上喷入，喷入方向为：与径向呈10°至80°夹角、与垂直方向向上呈80°至向下呈80°夹角；从而使通入的可燃气形成旋流，充分与窑尾气流混合。
3)三次风补风管端口F的位置设于分解炉上部，距第五级预热器进风口的直线距离大于5米。每次补入的两股风的一股由此处送入以使分解炉上部与第五级预热器之间的空气过剩系数保持在1.0至1.4之间，形成燃尽区C。
通入分解炉内的可燃气体，可以是天然沼气、天然气，也可以是人工通过干馏或气化形成的焦炉气、水煤气、发生炉煤气、生物质气体或其他气体；通入的气量为：分解炉内每小时用1吨煤每分钟通入0至50立方米可燃气体，通入的气量与所用燃气种类有关。
本发明的优点及特点：
(1)本发明方法可在分解炉内快速地形成还原气氛，可保证还原区域内还原性气体含量高，促进了热碳还原脱硝反应的进行，大大提高了热碳还原脱硝效率。
(2)与现有燃料分级燃烧方法相比，本方法可操作性强，对原有水泥窑改造程度低，形成还原气氛所需再燃烧燃料比例大大降低，节约了成本。
(3)与现有空气分级燃烧方法相比，本方法不会产生燃烧后移现象，对水泥窑的稳定性影响小。
(4)本方法易于调整，方便灵活。
附图说明
图1：本发明方法的流程图。
其中:1：下料口；2:第一级预热器；3：第二级预热器；4：第三级预热器；5：第四级预热器；6：第五级预热器；7：分解炉；8：燃气调节阀；9：三次风调节闸板；10：燃气管；11:供气装置；12：烟室；13：催化剂添加装置；14：供煤***；15：煤管；16：回转窑；17：可分风补风的三次风补风管；18：冷却机。
图2：为本发明方法关键区域的局部放大图。其中：A：弱还原气氛区；B：弱还原气氛区变强还原气氛区；C：燃尽区；F：三次风补风管(17)的端口；虚线框中为燃气喷入位置。
图3：燃气喷入方向的俯视图
图4：燃气喷入方向的侧视图
具体实施方法
为了便于对本发明的理解，现结合附图做进一步详细说明，但并不限制本发明。
如图1所示，生料从下料口(1)加入，被从第二级预热器(3)出口的热气吹送至第一级预热器(2)；在第一级预热器(2)内发生气固分离。生料以这种运动方式依次通过第三级预热器(4)和第四级预热器(5)完成热量交换，并从第四级预热器(5)内送入分解炉(7)，使绝大部分碳酸钙在分解炉(7)内分解；再经第五级预热器(6)进入回转窑(16)直至出窑，经冷却机(18)冷却完成熟料煅烧。
供煤***(14)提供的煤粉和催化剂添加装置提供的催化剂，经煤管(15)从分解炉(7)下部吹送至炉内。
冷却机(18)冷却熟料用的三次风，经三次风管(17)分上、下两股送入分解炉(7)内，一股风从炉的下部位置通入，另一股从位于分解炉上部的三次风补风管端口(F)通入；三次风补风管端口(F)附近处有风调节闸板(9)，调整风调节闸板(9)以调节三次风的分风比例，使分解炉(7)下部A、B区域形成空气过剩系数为1.02的弱还原气氛。
三次风补风管端口(F)设于分解炉(7)的上部，距第五级预热器(6)的进风口的端部直线距离大于5米。补入的两股风的一股由此处送入，使分解炉上部与第五级预热器之间的空气过剩系数为1.1，形成燃尽区C。
通过供气装置(11)将天然气经燃气管(10)喷入分解炉内，从而使喷入口区域周围充满还原性气体而使区域B快速形成强还原气氛。燃气管(10)为径向伸入还原燃烧区；燃气管喷入口为同一水平线上相对布置，位于三次风管上端口(F)的下方15米处；燃气被向下喷入。
喷入的燃气气流方向与径向呈45°夹角、与垂直方向向下呈30°夹角；从而使燃气形成旋流，充分与窑尾气流混合。
通入的燃气量为：分解炉内每小时用1吨煤每分钟通入8立方米天然气。
本方法大大提高了脱硝效率，可使热碳还原脱硝的脱硝效率达到71.3％。在本方法营造的还原氛围及催化剂的作用下，炉内氮氧化物迅速被还原且不会影响水泥熟料的烧成。
实施例2：
通入三次风时，调整风调节闸板(9)使分解炉(7)下部A、B区域形成空气过剩系数为1.05。
调节风调节闸板(9)使分解炉上部与第五级预热器之间的空气过剩系数为1.2，形成燃尽区C。
供气装置(11)通过位于三次风补风管端口(F)下方18米处相向布置的一对燃气管喷入口，将发生炉煤气喷入分解炉内，从而使喷入口区域周围充满还原性气体而使区域B快速形成强还原气氛。喷入燃气的气流方向与径向呈30°、与垂直方向向上呈30°夹角。通入的燃气量为：分解炉内每小时用1吨煤每分钟通入35立方米发生炉煤气。
其余同实施例1工艺操作。本方法使脱硝效率大幅提高，脱硝效率能达到75.2％。在本方法营造的还原氛围及催化剂的作用下，炉内氮氧化物迅速被还原且不会影响水泥熟料的烧成。
实施例3
通入三次风时，调整风调节闸板(9)使分解炉(7)下部A、B区域形成空气过剩系数为1.04。
调节风调节闸板(9)使分解炉上部与第五级预热器之间的空气过剩系数为1.1，形成燃尽区C。
供气装置(11)通过位于三次风补风管端口(F)下方18米处相向布置的一对燃气管喷入口，将发生炉煤气喷入分解炉内，从而使喷入口区域周围充满还原性气体而使区域B快速形成强还原气氛。喷入燃气的气流方向与径向呈45°夹角、与垂直方向向下呈45°夹角。通入的燃气量为：分解炉内每小时用1吨煤每分钟通入10立方米发生炉煤气。
其余同实施例1工艺操作,。本方法大大提高了脱硝效率，可使脱硝效率达到69.5％。在本方法营造的还原氛围及催化剂的作用下，炉内氮氧化物迅速被还原且不会影响水泥熟料的烧成。

Claims (3)

1.一种水泥窑热碳还原脱硝的还原气氛快速形成方法，其特征在于包括步骤：
1)在采用空气分级燃烧技术的所有窑外分解炉上，调节三次风的分风比例，以使分解炉下部的还原区域内的空气过剩系数α保持在0.85至1.1之间，使A和B区域形成弱还原气氛；
2)在三次风补风管端口F的下方5m至40m的位置，向形成弱还原气氛的区域内喷入少量可燃气体，以使区域B充满还原性气体而快速形成较强还原气氛；
3)三次风补风管端口F的位置设于分解炉上部，距第五级预热器进风口的直线距离大于5米；三次风补风管所补入的风量使分解炉上部与第五级预热器之间的空气过剩系数保持在1.0至1.4之间，形成燃尽区C；
所述喷入的少量可燃气体可以是天然沼气、天然气，也可以是人工通过干馏或气化形成的焦炉气、水煤气、发生炉煤气、生物质气体或其他气体。
2.如权利要求1所述的一种水泥窑热碳还原脱硝的还原气氛快速形成方法，其特征在于喷入的可燃气量为：分解炉内每小时用1吨煤时每分钟通入0至50立方米可燃气体。
3.如权利要求1所述的一种水泥窑热碳还原脱硝的还原气氛快速形成方法，可燃气体喷入分解炉内的方式是：将一对或一对以上燃气管相对布置，每对燃气管的喷头均处在同一水平线上；可燃气经过径向伸入还原燃烧区的燃气管被向下或向上喷入，喷入方向为：与径向呈10°至80°夹角、与垂直方向向上呈80°至向下呈80°夹角；从而使通入的可燃气形成旋流，充分与窑尾气流混合。
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