[發(fā)明專利]一種可調(diào)節(jié)還原區(qū)氧濃度的分解爐分區(qū)組織燃燒自脫硝系統(tǒng)及工藝

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010645893.0
• 申請日: 2020-07-07
• 公開（公告）號: CN111750683B
• 公開（公告）日: 2021-04-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳昌華;彭學(xué)平;胡芝娟;陳廷偉;林敏燕
• 申請（專利權(quán)）人: 天津水泥工業(yè)設(shè)計研究院有限公司
• 主分類號: F27D17/00
• 分類號: F27D17/00;F27D99/00
• 代理公司: 天津市鼎和專利商標(biāo)代理有限公司 12101
• 代理人: 張倩

本發(fā)明公開了一種可調(diào)節(jié)還原區(qū)氧濃度的分解爐分區(qū)組織燃燒自脫硝系統(tǒng)及工藝，在窯尾煙室與分解爐之間設(shè)窯氣煙道，窯氣煙道的入爐口與分解爐側(cè)面連接，三次風(fēng)管與分解爐錐體底部連接，在分解爐橫向截面上形成中心濃氧區(qū)和外圍淡氧區(qū)的橫向分區(qū)燃燒環(huán)境；窯氣煙道內(nèi)為強還原區(qū)，分解爐內(nèi)為燃燼區(qū)，在窯氣煙道和分解爐的組合燃燒空間中形成不同過氧系數(shù)的縱向分級燃燒環(huán)境；三次風(fēng)管和窯氣煙道之間設(shè)三次風(fēng)支管。橫向分區(qū)燃燒環(huán)境通過三次風(fēng)從分解爐底部中心縱向向上進風(fēng)，煙氣從分解爐側(cè)面蝸殼式切向旋轉(zhuǎn)進風(fēng)實現(xiàn)；縱向分級燃燒環(huán)境通過燃料分級喂入實現(xiàn)。本發(fā)明從整體上實現(xiàn)分區(qū)組織燃燒自脫硝，提高自脫硝效率，且提高對強還原區(qū)內(nèi)空間的利用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及水泥工業(yè)煙氣脫硝技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種可調(diào)節(jié)還原區(qū)氧濃度的分解爐分區(qū)組織燃燒自脫硝系統(tǒng)及工藝。

背景技術(shù)

分解爐是水泥生產(chǎn)工藝過程中的關(guān)鍵設(shè)備。水泥生料中主要成分為碳酸鈣，在分解爐內(nèi)水泥生料中的碳酸鹽分解為氧化物，為后續(xù)回轉(zhuǎn)窯內(nèi)熟料燒結(jié)反應(yīng)提供了基礎(chǔ)。由于碳酸鹽分解需吸收大量的熱量，分解爐內(nèi)需喂入一定的燃料來供應(yīng)。一般而言，分解爐內(nèi)燃料占整個水泥熟料煅燒過程中燃料消耗的60％左右。分解內(nèi)燃料燃燒的狀況直接影響整個生產(chǎn)系統(tǒng)的產(chǎn)品能耗，同時分解爐對物料的分解將直接影響回轉(zhuǎn)窯的物料煅燒的質(zhì)量，從而影響水泥熟料的產(chǎn)量和質(zhì)量。

現(xiàn)有的分解爐有多種形式，典型的爐型有在線型分解爐和離線型分解爐。在線型分解爐中，出窯煙氣往往從分解爐底部進入爐內(nèi)，燃燒空氣(從篦冷機回收的高溫三次風(fēng))從分解爐錐體或柱體進入爐內(nèi)。在離線型分解爐中，出窯煙氣直接進入預(yù)熱器，不進入分解爐內(nèi)。相對于離線型分解爐，在線型分解爐運行工況穩(wěn)定，是目前主流的分解爐型式。

氮氧化物是化石燃料與空氣在高溫燃燒時產(chǎn)生的氣體，具有很強的毒性。氮氧化物排放影響大氣質(zhì)量，對人類生存環(huán)境與健康有嚴(yán)重的危害。水泥工業(yè)是居火力發(fā)電、汽車尾氣之后的第三大氮氧化物排放大戶。水泥煙氣中的NOx主要是回轉(zhuǎn)窯和分解爐內(nèi)燃料燃燒過程中產(chǎn)生的，其中以回轉(zhuǎn)窯內(nèi)產(chǎn)生的NOx為主。水泥回轉(zhuǎn)窯內(nèi)NOx的類型主要為熱力型NOx，即高溫下助燃空氣中的N₂氧化產(chǎn)生的NOx。原蘇聯(lián)科學(xué)家Zeldovich提出熱力型NOx的生成反應(yīng)經(jīng)驗公式為：

當(dāng)燃燒過程中，煙氣溫度越高，熱力學(xué)NOx的生成速度越快。水泥熟料的煅燒溫度一般高達1350～1450℃，出窯煙氣中NOx的濃度往往較高，一般為800～1500ppm?；剞D(zhuǎn)窯煙氣出窯后通過窯尾煙室進入分解爐，降低出窯煙氣中NOx濃度對于整體上提高自脫硝效率非常重要。為了加強環(huán)境保護，積極控制氮氧化物排放，制定了嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)。目前，國內(nèi)外水泥行業(yè)大多采用選擇性非催化還原(SNCR)脫硝或者選擇性催化還原(SCR)脫硝技術(shù)。采用SNCR技術(shù)或SCR技術(shù)，通過外加脫硝還原劑(一般為氨水、尿素等氨基還原劑)還原煙氣中NOx，具有脫硝效率高，技術(shù)成熟可靠等優(yōu)點，但一次性投資高，生產(chǎn)過程中消耗還原劑，帶來了額外的環(huán)保治理成本。

燃料燃燒自脫硝技術(shù)為在不外加脫硝還原劑的條件下，利用控制燃料燃燒特性參數(shù)，通過燃燒過程中形成的中間產(chǎn)物抑制NOx形成的燃燒技術(shù)。目前，燃料燃燒自脫硝技術(shù)有空氣分級燃燒技術(shù)和燃料分級燃燒技術(shù)?？諝夥旨壢紵夹g(shù)利用入爐三次風(fēng)分級喂入，在分解爐柱段形成貧氧燃燒區(qū)，可抑制分解爐燃料自身燃燒產(chǎn)生的NOx，但是所形成的貧氧燃燒區(qū)過氧系數(shù)仍然較高，整體脫硝效果欠佳。燃料分級燃燒技術(shù)利用入分解爐燃料分級喂入，在分解爐錐部形成貧氧燃燒區(qū)域，可有效降低出回轉(zhuǎn)窯煙氣中的NOx，但是降低幅度一般僅為30％左右，限制脫硝效率提升的主要原因為脫硝反應(yīng)時間的不足，受在線型分解爐設(shè)備空間的限制，脫硝反應(yīng)的停留時間較短，且難以抑制分解爐燃料自身燃燒產(chǎn)生NOx。

還原氣氛下的脫硝反應(yīng)主要為：CO+NO→N₂+CO₂。