[發明專利]在鏈箅機-回轉窯球化爐中實現低NOx的裝置和方法

有效

• 申請號: 201080060693.3
• 申請日: 2010-10-07
• 公開（公告）號: CN102713483A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發明（設計）人: 布魯斯·E·凱恩
• 申請（專利權）人: 法孚北美燃燒有限公司
• 主分類號: F27B7/36
• 分類號: F27B7/36
• 代理公司: 北京安信方達知識產權代理有限公司 11262
• 代理人: 賈媛媛;鄭霞

技術領域

這個技術包括爐排(grate)、回轉窯(rotary?kiln)、冷卻器以及鏈箅機-回轉窯(grate-kiln)球化爐的其他部件。

背景技術

該鏈箅機-回轉窯球化工藝是將鐵礦石硬化為適于運輸以及適于后續在高爐和煉鋼中使用的球粒。鐵礦石粉與其他材料混合(例如白云石和皂土)并且形成圓球，其之后可以裝載在移動的爐排上，并且在該爐排上被干燥、預熱以及局部硬化。最終的硬化發生在這些球粒從該爐排排到大型的回轉窯時，在那里利用大型燃燒器將處理空氣流點燃而將這些球粒加熱到2400-2500F，在燃燒產物中有過量的氧氣。(在有些情況下，礦石中的鐵的氧化物也對該過程提供熱量。)然后，這些球粒在冷卻器中通過迫使環境空氣流通過這些球粒而冷卻。該窯的處理空氣流是熱空氣，其通過在該冷卻器中冷卻這些球粒并結合該窯燃燒器的燃燒產物而生成。

由于在該爐排和窯部分中傳遞到這些球粒的熱量是重新生成到冷卻器中的處理空氣中的，所以這個過程是非常節能，但是這個過程所需要的窯中的大量過量的氧氣以及空氣從冷卻器進入窯的空氣的高溫結合還會產生非常高的NOx。減小該窯燃燒器產生的NOx而同時保持通過使用該處理空氣保持較高的處理效率是非常有價值的。

有一些其他類似的工藝，其包含由燃燒器點燃的回轉窯并提供通過在冷卻器中冷卻產品而預加熱的處理空氣流。本發明同樣適用于這些工藝。

典型的現有鏈箅機-回轉窯球化爐包含大型回轉窯(由一個或兩個非常高容量的(100至500MMBtu/h)窯燃燒器點燃)，其在過量的高溫預熱空氣中燃燒烴燃料，通常是天然氣、燃油、碳或生物質，以提供硬化鐵礦石球粒所需要的高溫(2400-2500F)氧化環境。典型的窯是由單個大型的燃燒器，具有非常長的高溫火焰。大的火焰包面產生非常大的火焰與高溫氧化物之間的分界面積，以及較長的存續時間。因此，大的火焰包面、高預熱溫度、高火焰溫度以及燃燒區域大量過量的氧氣全部在一起而產生非常高的NOx排放。

現有設計非常省油，因為存儲在球粒中的熱量傳遞到預熱空氣而高達2000F的溫度；之后，這個空氣隨后用于干燥和加熱這些球粒，以及作為將該處理氣體加熱到所需溫度而需要的燃料的氧化劑。問題是實現工藝省油的那些因素極大促成了NOx的形成。大多數現有低NOx燃燒器使用的策略要么在高溫富氧環境下不能很好運轉，要么對燃料效率有極大的負面影響。

僅有的其他可用的降低NOx的方式是后處理方法，例如SCR，SNCR，以及LO-TOX。這些方法要么實施非常昂貴，需要在該工藝中輸入很大的額外能量，要么無法結合在該工藝中。

在最大化燃料效率并且無節制排放的情況下，現有裝置具有直觀的意義，因為溫度最高的余熱利用(recuperated)冷卻空氣流用在該工藝的最高溫度部分。

圖1、2以及3示出典型的現有技術的構造。圖1中，熱的硬化球粒從窯10進入冷卻器12。冷卻空氣鼓風機14將冷卻空氣流吹到該冷卻器12中的球粒上方，冷卻這些球粒并且加熱冷卻空氣。該鼓風機14是氣體流動裝置的一部分，該裝置包括鼓風機、燃燒器、管道、流量控制裝置、控制器以及所需的其他已知設備，形成為該硬化工藝提供加熱的處理空氣和其他反應物質的構造。該冷卻器12通常分成多個段或部分20，從最靠近該窯10的排放端22的部分20離開的冷卻空氣比從離該窯10的該排放端22較遠的部分20離開的冷卻空氣熱。在回轉路徑的冷卻器的情形中，例如環形冷卻器，上面使用的詞語“最靠近”和“較遠”指的是球粒沿著該冷卻器12的回轉路徑行進的距離，而不是距離該窯10的排放端的直線距離。

圖1中，從冷卻器12的最熱部分20離開的大約2000F的空氣在進入窯10之前通過排風罩和管道組成的結構24。窯燃燒器26通常在該窯10的排放端22中燃燒一種或多種燃料，例如天然氣、燃油、煤炭、生物燃料等。該窯燃燒器26通常提供有燃燒空氣流，該空氣流比完全燃燒該空氣所需的量少得多。來自該冷卻器12的處理空氣包括相比燃燒燃料所需大量過剩的空氣，因此在完全燃燒這些燃料之后，該處理空氣中通常有10％到16％的氧氣離開該窯10。