CN215233281U - 一种水泥窑窑尾烟室低氮改造的sncr脱硝*** - Google Patents
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Abstract
本申请公开一种水泥窑窑尾烟室低氮改造的SNCR脱硝***，包括回转窑尾部的窑尾烟室；还包括沿烟气走向依次设置的分解炉、预热器、余热锅炉、生料磨、窑尾除尘器和窑尾烟囱；所述分解炉内以及分解炉的出口烟道内均设置氨水喷射层；还包括：开设于所述窑尾烟室上的第一烟气引接点；开设于所述分解炉的下段锥部上的第二烟气引接点；增设于第一引接点和第二引接点之间的低氮管，低氮管上设置煤粉投加口。利用燃料中的炭在贫氧环境下实现将来自回转窑的烟气中的NOx控制到＜200mg/m3，再将烟气返回送至分解炉。
Description
技术领域
本实用新型涉及水泥窑烟气处理技术领域，具体涉及一种水泥窑窑尾烟室低氮改造的SNCR脱硝***。
背景技术
自火电、钢铁行业全面实施超低排放改造以来，NOx执行50mg/m3的超低排放标准，而同时期的水泥行业执行《水泥工业大气污染物排放标准》(GB4915-2013)，NOx排放限值为400mg/m3(特别排放限值320mg/m3)，单位烟气量NOx排放量是火电、钢铁行业的6.4-8倍，NOx排放总量已经跃居工业污染源排放总量首位，减排压力巨大。水泥工业大气污染物排放标准持续收严，河南省、河北省已经正式发布地方标准，NOx排放限值收严到小于100mg/m3，上述两省在标准征求意见期间，曾设想将NOx排放限值收严到50mg/m3，限于尚无可靠的技术支撑。目前，针对水泥窑烟气NOx排放浓度＜100mg/m3的技术相对成熟，但要进一步收严到50mg/m3，在NOx指标可达性和稳定性、氨排放浓度控制、氨水消耗量、建设运行成本等方面存在问题，尚无能良好应对水泥窑NOx排放浓度＜50mg/m3的专利技术。
实用新型内容
本申请提供一种水泥窑窑尾烟室低氮改造的SNCR脱硝***，结合低氮改造和SNCR喷氨改造，达到水泥窑NOx排放浓度＜50mg/m3的排放标准。
一种水泥窑窑尾烟室低氮改造的SNCR脱硝***，包括回转窑尾部的窑尾烟室；还包括沿烟气走向依次设置的分解炉、预热器、余热锅炉、生料磨、窑尾除尘器和窑尾烟囱；所述分解炉内以及分解炉的出口烟道内均设置氨水喷射层；所述预热器为5级旋风预热器，沿烟气流向依次为C5级预热器、C4级预热器、C3级预热器、C2级预热器和C1级预热器；还包括：
开设于所述窑尾烟室上的第一烟气引接点；
开设于所述分解炉的下段锥部上的第二烟气引接点；
增设于所述窑尾烟室和分解炉之间的低氮管，所述低氮管包括上升管、弧形衔接管和下降管，所述上升管、弧形衔接管和下降管沿烟气流向依次衔接并呈倒U形管，所述上升管的底部通过烟室引接段连通所述第一烟室引接点，所述下降管的底部通过分解炉引接段连通所述第二烟室引接点，所述上升管所在的管段上设置煤粉投加口。
高效低氮改造首先对窑尾烟室进行扩容改造，从烟室引出长尺寸、大容量的高效低氮管，并在此区域喷入煤粉形成大容积的还原性区域，利用燃料中的炭在贫氧环境下实现将来自回转窑的烟气中的NOx控制到＜200mg/m3，再将烟气返回送至分解炉。
为尽可能形成充分还原区域，引接的低氮管依烟气流量由上升管、倒U型的弧形连接以及下降管组成，上升管路下部作为引接点与窑尾烟室相连，下降管下部与分解炉下部相连，将烟气再送回至分解炉下部。
以下还提供了若干可选方式，但并不作为对上述总体方案的额外限定，仅仅是进一步的增补或优选，在没有技术或逻辑矛盾的前提下，各可选方式可单独针对上述总体方案进行组合，还可以是多个可选方式之间进行组合。
可选的，还包括分别增设于所述C5级预热器与C4级预热器之间的连接烟道内以及所述C4级预热器与C3级预热器之间的连接烟道内的氨水喷射层。
可选的，所述氨水喷射层包括若干根氨水喷枪，所述氨水喷枪在对应的喷射层内均匀分布。
可选的，每根氨水喷枪的液体进口独立地连接氨水分配模块，且各连接管路上独立配置控制阀和流量计；每根氨水喷枪的气体进口独立地连接压缩空气分配模块，且各连接管路上独立配置控制阀、流量计和压力表。
在分解炉中上部及C5级旋风预热器(850-980℃的温度窗口区间)布置SNCR脱硝喷枪，结合智能SNCR脱硝控制***实现精准喷氨，将NOx排放浓度控制至50-100mg/m3。作为优选，智能SNCR脱硝喷枪主要布置在分解炉中上部、分解炉出口、C5级旋风预热器，C4级旋风预热器出口；与传统SNCR脱硝喷枪布置相比，将相对平面化的喷枪布置立体化，针对目前水泥熟料线潜在的超负荷生产，有效覆盖到潜在的后燃烧区域。
可选的，所述低氮管的顶部高度在分解炉2/3～4/5高度段内。
可选的，所述上升管、弧形衔接管及下降管的管径均为分解炉内径的0.6～0.8倍。
可选的，所述煤粉投加口位于上升管的中部以下的高度段内。
附图说明
图1为申请***的结构示意图；
图2为图1中低氮改造部分的结构示意图；
图3为图1中智能喷氨部分的结构示意图。
图中所示附图标记如下：
1-回转窑 2-窑尾烟室 3-分解炉
4-低氮管 5-智能SNCR喷氨组件 6-增湿塔
7-余热锅炉 8-高温风机 9-生料磨
10-窑尾除尘器 11-尾排风机 12-窑尾烟囱
13-烟气分析仪 14-分解炉的出口烟道 15-C5级预热器和C4级预热器的连接烟道
16-C4级预热器和C3级预热器的连接烟道
41-烟室引接段 42-上升管 43-弧形连接管
44-下降管 45-分解炉锥部引接段
51-第一氨水喷射层 52-第二氨水喷射层 53-第三氨水喷射层
54-第四氨水喷射层 55-氨水分配模块 56-压缩空气分配模块
57-智能控制模块 58-业主生产***DCS信号组
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
为了更好地描述和说明本申请的实施例，可参考一幅或多幅附图，但用于描述附图的附加细节或示例不应当被认为是对本申请的发明创造、目前所描述的实施例或优选方式中任何一者的范围的限制。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。
如图1所示，一种水泥窑窑尾烟室低氮改造的SNCR脱硝***，包括窑尾烟室2，窑尾烟室2位于回转窑的尾部，分解炉3的出口烟道15连接预热器，预热器采用5级旋风预热器，沿烟气流向依次为5级旋风预热器，沿烟气流向依次为C5级预热器、C4级预热器、C3级预热器、C2级预热器和C1级预热器，依次通过烟道连接，分解炉3的出口烟道15连接C5级预热器，C1级预热器的出口通过烟道连接增湿塔6和/或余热锅炉7，增湿塔6和余热锅炉7并行设置，增湿塔6和余热锅炉7的烟气出口通过烟道接入高温风机8，高温风机8通过烟道连接生料磨9，生料磨9的烟气出口通过烟道连接窑尾除尘器10，或者高温风机8通过烟道直接连接窑尾除尘器10，窑尾除尘器10的烟气通过尾排风机11送入窑尾烟囱12内，窑尾烟囱12的出口处设置烟气分析仪13。
在此基础上，本申请在水泥窑生产线的窑尾烟室和分解炉段进行低氮改造，低氮改造的核心设备是低氮管，具体的，本申请在窑尾烟室2与分解炉3处增设低氮管组件4；低氮管4如图1和图2所示，包括上升管42、弧形连接管43和下降管44，上升管和下降管相互平行且竖向设置，弧形连接管衔接上升管和下降管，上升管42的底部为烟室引接段41，通过该烟室引接段41连通窑尾烟室2，下降管的底部为分解炉锥部引接段45，通过该分解炉锥部引接段45连通分解炉3的底部椎体段。上升管42、弧形连接管43及下降管44组成的低氮管主体结构呈倒U形结构，在上升管42段上设置煤粉投加点。
水泥熟料线回转窑1的出口连接至窑尾烟室2，切断窑尾烟室2至分解炉3锥部烟道，自窑尾烟室2改造，形成第一个引接点，引接低氮管的上升管道，通过顶部的倒U型弧形连接管转向，通过下降管将烟气向下经分解炉3锥部改造的第二个引接点送回至分解炉。持续向低氮管内喷入煤粉。窑尾烟室的烟气全部被引接至低氮管内，通过形成大的还原空间，实现将进入分解炉烟气中NOx浓度控制至＜200mg/m3。
一种实施方式中，上升管的顶端高度在分解炉高度的2/3～4/5处；上升管、弧形衔接管和下降管的管径为分解炉内径的0.6～0.8倍，上升管、弧形衔接管和下降管的管径相同。
一种实施方式中，煤粉投加口位于上升管的中部以下高度段内。
本申请还对SNCR喷氨段进行改造，包括选择智能喷氨设备和对喷氨点进行改造，具体的，在SNCR脱硝段采用智能SNCR喷氨组件5，并在C5级预热器和C4级预热器的连接烟道内以及C4级预热器与C3级预热器的连接烟道内增设喷氨点。
智能SNCR脱硝技术的核心反应区域为氨水喷射***，布置在800-950℃温度窗口区间，通常布置在分解炉中上部和分解炉至旋风预热器烟道每一层喷枪均匀布置，喷枪与传统SNCR脱硝一致为双流体喷枪，但布置点位覆盖的温度区间延长到C4级旋风预热器的出风烟道，以适应更大范围的工况波动，实现将烟气中NOx浓度控制至＜50～100mg/m3。
一种具体的实施方式中，智能SNCR喷氨组件5如图3所示，包括第一氨水喷射层51、第二氨水喷射层52、第三氨水喷射层53、第四氨水喷射层54、氨水分配模块55、压缩空气分配模块56和智能控制模块57。第一氨水喷射层51设置于分解炉3内，设于分解炉内中上部，第一氨水喷射层包括若干支氨水喷枪；第二氨水喷射层42设置于所述分解炉的出口烟道15内，在出口烟道的倒U形段的上升段和下降段内均设置氨水喷射层，没处氨水喷射层各包括若干支喷枪；第三氨水喷射层43设置于C5级预热器与C4级预热器的连接烟道16内，该氨水也包括若干支喷枪；第四氨水喷射层54设置于C4级预热器与C3级预热器的连接烟道17内，该喷射层也包括若干支喷枪。各喷枪均采用常规双流体喷枪。
氨水分配模块55通过氨水分配管路分别连接所有氨水喷射层的各喷枪的进液口；压缩空气分配模块通过气体分配管路分别连接所有氨水喷射层的各喷枪的进气口；氨水分配模块55和压塑空气分配模块56连接并受控于智能控制模块57。
氨水分配模块55、压缩空气分配模块56和智能控制模块7本身均采用现有技术。智能SNCR喷氨组件还包括业主生产***DCS信号组58，DCS信号组接入智能控制模块。针对智能SNCR喷氨组件的组成本身，本申请的改进点在于C5级预热器与C4级预热器的连接烟道16和C4级预热器与C3级预热器的连接烟道17内增设氨水喷射层。
各喷射层的氨水引接自氨水分配模块，每支喷枪对应一个氨水分配支路，每个氨水分配支路配备流量计和调节阀；压缩空气引接自压缩空气分配模块，每个喷射层对应一个分配支路，各分配支路配备流量计、压力表和调节阀；与传统SNCR脱硝每一路喷枪仅配套开关阀不同，智能SNCR脱硝每一路喷枪配套调节阀，可以实现实时调控氨水喷射量。
本申请结合对现有水泥窑生产线进行低氮改造和SNCR喷氨改造，低氮改造和SNCR喷氨改造的有效组合可实现源头上减少NOx生成，过程中精准喷氨和末端强化脱硝，实现水泥窑烟气NOx排放浓度＜50mg/m3的超低排放目标。
应用例
在5000t/d熟料线上按照图1所示实施改造，主要设计参数为：风量为520000Nm3/h，改造前NOx初始浓度650-800mg/m3，设计实施改造后NOx出口浓度＜50mg/m3，氨排放浓度＜8mg/m3。
改造前，烟气量520000～560000Nm3/h，NOx排放浓度680-750mg/m3，已经实施了传统SNCR脱硝改造后，NOx排放浓度320～400mg/m3。
按照图1实施改造完成后，调试情况如下：
将智能SNCR脱硝***设定为自动投运，目标NOx浓度设定为50mg/m3、SCR反应器入口烟气挡板门关闭，测得窑尾烟囱NOx排放浓度41～50mg/m3，氨水耗量约285L/min，生料磨开时NH3排放浓度为4.6mg/m3，生料磨停时，窑尾烟囱NH3排放浓度为16mg/m3；
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (7)
1.一种水泥窑窑尾烟室低氮改造的SNCR脱硝***，包括回转窑尾部的窑尾烟室；还包括沿烟气走向依次设置的分解炉、预热器、余热锅炉、生料磨、窑尾除尘器和窑尾烟囱；所述分解炉内以及分解炉的出口烟道内均设置氨水喷射层；所述预热器为5级旋风预热器，沿烟气流向依次为C5级预热器、C4级预热器、C3级预热器、C2级预热器和C1级预热器；其特征在于，还包括：
开设于所述窑尾烟室上的第一烟气引接点；
开设于所述分解炉的下段锥部上的第二烟气引接点；
增设于所述窑尾烟室和分解炉之间的低氮管，所述低氮管包括上升管、弧形衔接管和下降管，所述上升管、弧形衔接管和下降管沿烟气流向依次衔接并呈倒U形管，所述上升管的底部通过烟室引接段连通所述第一烟室引接点，所述下降管的底部通过分解炉引接段连通所述第二烟室引接点，所述上升管所在的管段上设置煤粉投加口。
2.根据权利要求1所述的水泥窑窑尾烟室低氮改造的SNCR脱硝***，其特征在于，还包括分别增设于所述C5级预热器与C4级预热器之间的连接烟道内以及所述C4级预热器与C3级预热器之间的连接烟道内的氨水喷射层。
3.根据权利要求1所述的水泥窑窑尾烟室低氮改造的SNCR脱硝***，其特征在于，所述氨水喷射层包括若干根氨水喷枪，所述氨水喷枪在对应的喷射层内均匀分布。
4.根据权利要求3所述的水泥窑窑尾烟室低氮改造的SNCR脱硝***，其特征在于，每根氨水喷枪的液体进口独立地连接氨水分配模块，且各连接管路上独立配置控制阀和流量计；每根氨水喷枪的气体进口独立地连接压缩空气分配模块，且各连接管路上独立配置控制阀、流量计和压力表。
5.根据权利要求1所述的水泥窑窑尾烟室低氮改造的SNCR脱硝***，其特征在于，所述低氮管的顶部高度在分解炉2/3～4/5高度段内。
6.根据权利要求1所述的水泥窑窑尾烟室低氮改造的SNCR脱硝***，其特征在于，所述上升管、弧形衔接管及下降管的管径均为分解炉内径的0.6～0.8倍。
7.根据权利要求1所述的水泥窑窑尾烟室低氮改造的SNCR脱硝***，其特征在于，所述煤粉投加口位于上升管的中部以下的高度段内。
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