CN111306933A - 一种应用于水泥回转窑燃烧节煤降氮的分级燃烧方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种应用于水泥回转窑燃烧节煤降氮的分级燃烧方法，本方法通过改变一次风的氧浓度和对回转窑燃烧器形成的火焰进行定向精准富氧空气助燃，将燃烧器火焰从起始到终止依次分为三个区域：煤粉挥发份贫氧燃烧区、焦炭初期燃烧区和焦炭充分燃烧区，从而实现回转窑的分级燃烧，不仅能显著减少氮氧化物的生成量，而且可以改善回转窑烧成带烧成环境，降低煤耗、降低NOx和提高熟料质量。

Description

一种应用于水泥回转窑燃烧节煤降氮的分级燃烧方法
技术领域
本发明涉及窑炉燃烧技术领域，具体涉及一种应用于水泥回转窑燃烧节煤降氮的分级燃烧方法。
背景技术
近年来，国内水泥行业***受行业竞争与环保政策的双重压力，为了降低 NOx排放指标，从而衍生出分级燃烧技术。行业内主要采用分级燃烧的技术措施来减少NOx的生成量，大量的工程实践表明，分级燃烧对于减少NOx的生成具有明显效果。分级燃烧又分为空气分级燃烧和燃料分级燃烧。传统的分级燃烧技术是在燃料初期燃烧阶段降低一次风的过量空气系数，让煤粉燃烧的初期阶段形成欠氧环境，呈现还原气氛，把随后燃烧生成的NOx还原成N2。但是欠氧环境，会造成煤粉后燃。煤粉燃烧的第二阶段，即焦炭初期燃烧阶段本身就是欠氧燃烧状态，加上之前挥发份的燃烧阶段又人为的造就了欠氧环境，两个阶段的叠加会使煤粉后燃加剧，导致火力下降，煤耗上升。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种应用于水泥回转窑燃烧节煤降氮的分级燃烧方法，不但能提高回转窑内煤粉燃烧速度、燃尽率，增强火力，在稳定当前熟料质量的前提条件下降低喷煤量，降低煤耗；而且能大幅降低窑内NOx的生成，调和节能与减排的矛盾，形成节能、减排统一的双赢局面。
本发明通过以下技术方案实现：一种应用于水泥回转窑燃烧节煤降氮的分级燃烧方法，其特征在于，
通过改变一次风的氧浓度和对回转窑燃烧器形成的火焰进行定向精准富氧空气助燃，将燃烧器火焰从起始到终止依次分为三个区域：煤粉挥发份贫氧燃烧区、焦炭初期燃烧区和焦炭充分燃烧区。
其特征还在于，一次风(为窑头部分的一次风机供出通过燃烧器喷入回转窑的风)由两路氧浓度不同的空气混合而成，一路是普通空气，另外一路是氧浓度低于20.9％的贫氧空气，混合而成的一次风风量满足火焰形状调整所需的内外风风速要求。在满足煤粉挥发份燃烧调节的前提下，尽可能降低一次风氧浓度，实现挥发份的欠氧燃烧。
其特征还在于，两路氧浓度不同的空气支管上均装有电动调节阀，一次风机出口管道上安装氧浓度检测仪。在PLC***控制下，根据一次风的风量、氧浓度要求，对两路不同氧浓度空气的进气阀进行调节，实现一次风风量与含氧量的精确控制。
其特征还在于，按一定的频次与速率降低高温风机转速、降低***风量，***风量降低二次风温(二次风的热风温度，二次风由高温风机抽吸得到，由回转窑头部进入回转窑，向预热器方向运动)会提高，进而提高煤粉热解温度，提高分级燃烧效果(即煤粉挥发份燃烧阶段欠氧氛围强度)。
其特征还在于，外部引入氧浓度高于20.9％的高压富氧空气，由多组喷嘴喷入燃烧器火焰焦炭初期燃烧区域，改变此部位原有的欠氧燃烧状态，使煤粉在该部位的燃烧速度及温度大于等于焦炭充分燃烧区域。
其特征还在于，通过智能在线分析软件，记录并分析回转窑(回转窑角度为与水平方向呈3.5°倾斜)的筒体温度，通过调节燃烧器内、外风风量电动调节阀开度与内、外风角度电动阀开度，改变燃烧器火焰形状(长度、粗细)，以满足烧成需要，同时消除或改善局部筒体温度偏高、偏低状况，以及欠氧燃烧造成的火焰变细、变长等弊端。
其特征还在于，在回转窑窑尾烟室加装在线烟气分析仪，时时监测回转窑燃烧产生的废气状况，根据废气监测成份(O2、CO、NOX)来判断一次风氧浓度及富氧喷射量的调整方向。
其特征还在于，所有的调节过程都可以由计算机通过软件集中分析控制，找到最优的控制、调节参数，使节煤、降氮、提产、提质的效益最大化。
工作原理：利用控制程序自动调节一次风氧气浓度，一次风氧浓度降低造成煤粉燃烧出现欠氧环境、生成还原气氛而减少燃烧过程生成的NOx，由于一次风氧含量降低、煤粉燃烧滞后，燃烧器火焰会被拉长、变细，火力下降，烧成效果下降；智能化操作***再次利用自动控制程序，对煤粉焦炭初期燃烧的合适部位进行定向精准增氧助燃，消除煤粉燃烧滞后性；自动控制***再根据需要调节燃烧器的内、外风风量与角度，改变火焰的宽度、长度，消除煤粉燃烧速度下降引起火焰变细的状况；同时自动控制程序按一定的频次与速率降低高温风机转速、降低***风量，***风量降低二次风温会提高，进而提高煤粉热解温度，提高分级燃烧效果(即煤粉挥发份燃烧阶段欠氧氛围强度)。四者相互影响的结果会通过烟室气体检测值O2、CO、NOx的浓度与回转窑通体温度来反应，这个结果又会反馈到高温风机与一次风机的调整依据上，***不断地利用各程序模块的相互关联影响“调整----反馈----调整”，在动态的生产过程中不断的优化，最终达到“优质、高产、节能、降耗”高度统一的经济运行状态。
本发明具有的优点：回转窑的烧成带范围(以4.8×72m回转窑为例)可将回转窑的烧成带长度范围在有原来的基础上增加2—3m，高温区域长度的提高将大大有利于产、质量的提升；另一方面，分级燃烧技术是各行业公认能降低NOx 的减排方法，本发明将分级燃烧技术优化应用，NOx减排效果明显。
附图说明
图1为本发明火焰与工况对比结果展示图。
图2为整体工艺流程图。
图3为窑头工艺设备布置图。
附图标记说明:1.分解炉、2.回转窑、3.窑头部分、4.燃烧器、5.窑尾烟气分析取样点、6.预热器、7.可调富氧喷嘴、8.高温风机。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
本发明通过以下技术方案实现：一种应用于水泥回转窑2燃烧节煤降氮的分级燃烧方法，其特征在于，
通过改变一次风的氧浓度和对回转窑燃烧器形成的火焰进行定向精准富氧空气助燃，将燃烧器火焰从起始到终止依次分为三个区域：煤粉挥发份贫氧燃烧区、焦炭初期燃烧区和焦炭充分燃烧区。
其特征还在于，一次风由两路氧浓度不同的空气混合而成，一路是普通空气，另外一路是氧浓度低于20.9％的贫氧空气，混合而成的一次风风量满足火焰形状调整所需的内外风风速要求。在满足煤粉挥发份燃烧调节的前提下，尽可能降低一次风氧浓度，实现挥发份的欠氧燃烧。
其特征还在于，两路氧浓度不同的空气支管上均装有电动调节阀，在一次风机出口管道上安装氧浓度检测仪。在PLC程序控制下，根据一次风的风量、氧浓度要求，对两路不同氧浓度的空气进行调节，实现一次风风量与含氧量的精确控制。
其特征还在于，按一定的频次与速率降低高温风机转速、降低***风量，***风量降低二次风温会提高，进而提高煤粉热解温度，提高分级燃烧效果(即煤粉挥发份燃烧阶段欠氧氛围强度)。
其特征还在于，有外部引入氧浓度高于20.9％的高压富氧空气，由多组喷嘴喷入燃烧器火焰焦炭初期燃烧区域，改变此部位原有的欠氧燃烧状态，使煤粉在该部位的燃烧速度及温度大于等于焦炭充分燃烧区域。
其特征还在于，通过智能在线分析软件，记录并分析回转窑(回转窑角度为与竖直方向呈3.5°倾斜)的通体温度，通过调节燃烧器内外风风量电动调节阀开度与内外风角度电动阀开度，改变燃烧器火焰形状(长度、粗细)，以满足烧成需要，同时消除或改善局部通体温度偏高、偏低状况，以及欠氧燃烧造成的火焰变细、变长等弊端。
其特征还在于，在回转窑窑尾烟室加装在线烟气分析仪，时时监测回转窑燃烧产生的废气状况，根据废气监测成份(O2、CO、NOX)来判断一次风氧浓度及富氧喷射量的调整方向。
其特征还在于，所有的调节过程都可以由计算机通过软件集中分析控制，找到最优的控制、调节参数。
进一步的，所述一次风为从窑头部分3的一次风机出来通过燃烧器4接入回转窑2的，所述二次风为高温风机8得到的风。
进一步的，所述二次风通过回转窑2进入窑尾烟室，所述回转窑角度为竖直3.5°倾斜。
进一步的，所述可调富氧喷嘴7接入回转窑2出口，位于燃烧器4的接入点下方。
进一步的，窑尾烟室在线气体的取样点设在窑尾烟室，监测来自回转窑2 的烟气成分。
进一步的，以上提到的富氧：相对于空气中氧含量为20.9％，大于20.9浓度的氧气称为富氧。
工作原理：利用控制程序自动调节一次风氧气浓度，一次风氧浓度降低造成煤粉燃烧出现欠氧环境、生成还原气氛而减少燃烧过程生成的NOx，由于一次风氧含量降低、煤粉燃烧滞后，燃烧器4火焰会被拉长、变细，火力下降，烧成效果下降；智能化操作***再次利用自动控制程序，对煤粉焦炭初期燃烧的合适部位进行定向精准增氧助燃，消除煤粉燃烧滞后性；自动控制***再根据需要调节燃烧器4的内、外风风量与角度，改变火焰的宽度、长度，消除煤粉燃烧速度下降引起火焰变细的状况；同时自动控制程序按一定的频次与速率降低高温风机8转速、降低***风量，***风量降低二次风温会提高，进而提高煤粉热解温度，提高分级燃烧效果(即煤粉挥发份燃烧阶段欠氧氛围强度)。四者相互影响的结果会通过烟室气体检测值O2、CO、NOx的浓度与回转窑2通体温度来反应，这个结果又会反馈到高温风机8与一次风机的调整依据上，***不断地利用各程序模块的相互关联影响“调整----反馈----调整”，在动态的生产过程中不断的优化，最终达到“优质、高产、节能、降耗”高度统一的经济运行状态。
通过以上步骤最终达到：因回转窑2内煤粉燃烧速度、燃尽率提高，火力增强，而水泥熟料的形成热不变，便可在稳定当前熟料质量的前提条件下降低喷煤量，降低煤耗；而另一方面回转窑2分级燃烧技术，又可大幅降低窑内NOx 的生成，两者叠加调和了节能与减排的矛盾，形成节能、减排统一的双赢局面。
效果如前后回转窑2火焰形态与温度场部分图所示：以5000t/d熟料生产线回转窑2为例。
把火焰分为4个阶段，火焰第1段火焰温度大约1000℃，主要是挥发份燃烧，燃烧时间占10％；火焰第2段火焰温度800℃-900℃，此阶段焦炭开始燃烧，由于缺氧，未充分燃烧；火焰第3阶段火焰温度1800℃-2000℃，此阶段焦炭充分燃烧；火焰第4阶段为尾焰温度1300℃-1400℃。
经调节后氧浓度改变的一次风会使火焰第1段还原气氛加重；火焰第2段由于富氧的喷入，燃烧加剧火焰温度提高，与火焰第3段温度相同，第一部分产生的还原气氛也会还原该部位产生NOx还原；火焰第4段几乎无煤粉继续燃烧，会有缩短。整体回转窑2的有效烧成带范围将有原来的第3段和第4段25m，延长为第2、3、4段为25+2＝27m，将大大有利于产质量的提升。
不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种应用于水泥回转窑燃烧节煤降氮的分级燃烧方法，其特征在于，通过改变一次风的氧浓度和对回转窑燃烧器形成的火焰进行定向精准富氧空气助燃，将燃烧器火焰从起始到终止依次分为三个区域：煤粉挥发份贫氧燃烧区、焦炭初期燃烧区和焦炭充分燃烧区。
2.根据权利要求1，其特征还在于，一次风由两路氧浓度不同的空气混合而成，所述一次风为窑头部分的一次风机供出通过燃烧器喷入回转窑的风，一路是普通空气，另外一路是氧浓度低于20.9％的贫氧空气，混合而成的一次风风量满足火焰形状调整所需的内外风风速要求；在满足煤粉挥发份燃烧调节的前提下，尽可能降低一次风氧浓度，实现挥发份的欠氧燃烧。
3.根据权利要求2，其特征还在于，两路氧浓度不同的空气支管上均装有电动调节阀，一次风机出口管道上安装氧浓度检测仪；在PLC***控制下，根据一次风的风量、氧浓度要求，对两路不同氧浓度空气的进气阀进行调节，实现一次风风量与含氧量的精确控制。
4.根据权利要求1，其特征还在于，按一定的频次与速率降低高温风机转速、降低***风量，***风量降低，二次风温会提高，所述二次风温是二次风的热风温度，二次风由高温风机抽吸得到，由回转窑头部进入回转窑，向预热器方向运动，进而提高煤粉热解温度，提高分级燃烧效果(即煤粉挥发份燃烧阶段欠氧氛围强度)。
5.根据权利要求1，其特征还在于，外部引入氧浓度高于20.9％的高压富氧空气，由多组喷嘴喷入燃烧器火焰焦炭初期燃烧区域，改变此部位原有的欠氧燃烧状态，使煤粉在该部位的燃烧速度及温度大于等于焦炭充分燃烧区域。
6.根据权利要求1，其特征还在于，通过智能在线分析软件，记录并分析回转窑的筒体温度，回转窑角度为与水平方向呈3.5°倾斜，通过调节燃烧器内、外风风量电动调节阀开度与内、外风角度电动阀开度，改变燃烧器火焰形状，以满足烧成需要，同时消除或改善局部筒体温度偏高、偏低状况，以及欠氧燃烧造成的火焰变细、变长等弊端。
7.根据权利要求1，其特征还在于，在回转窑窑尾烟室加装在线烟气分析仪，时时监测回转窑燃烧产生的废气状况，根据废气监测成份来判断一次风氧浓度及富氧喷射量的调整方向。
8.根据权利要求1，其特征还在于，所有的调节过程都可以由计算机通过软件集中分析控制，找到最优的控制、调节参数，使节煤、降氮、提产、提质的效益最大化。
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