[發明專利]一種水泥窯分解爐及降低氮氧化物的方法

有效

• 申請號: 202011162646.1
• 申請日: 2020-10-27
• 公開（公告）號: CN112254529B
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發明（設計）人: 柴相琦;張朝輝;柴揚;潘鵬鵬;李憲法;樊清貴;陳忠良
• 申請（專利權）人: 洛陽藍源環保科技有限公司
• 主分類號: F27B19/04
• 分類號: F27B19/04;F27D13/00;F27D17/00;F27D19/00;C04B7/47
• 代理公司: 鄭州中科鼎佳專利代理事務所(特殊普通合伙) 41151
• 代理人: 李路平

一種水泥窯分解爐，包括分解爐的爐體、旋風預熱器、換熱管、蒸汽發生器、水煤氣發生器、燃燒器和閉環控制系統。旋風預熱器用于回收尾氣熱能加熱生料，換熱管用于回收熟料的熱能并產生高溫水蒸汽，高溫水蒸汽與煤在水煤氣發生器中反應生成水煤氣。爐體分為還原區、燃燒區和燃盡區，在還原區通入煤粉和高溫水蒸汽還原煙氣中的氮氧化物，水煤氣和三次風在燃燒區燃燒用來提高爐溫。一種降低氮氧化物的方法，利用水泥窯產生的余熱通過熱能轉換的方式重新返回到分解爐內，一方面降低了煤的用量，從根本上降低了氮氧化物的生成量；另一方面降低了各物料加入量的控制難度，并通過閉環控制的方式對氮氧化物進行還原反應，穩定實現對氮氧化物的達標排放。

技術領域

本發明涉及水泥生產技術領域，尤其是涉及一種水泥窯分解爐，還涉及一種用于水泥窯分解爐的降低氮氧化物的方法。

背景技術

在水泥的生產過程中需要大量的煤作為燃料，煤在高溫燃燒時不可避免地產生氮氧化物。水泥窯中氮氧化物的產生類型主要是熱力型的，其次是原料型的和快速型的，其中，快速型產生的比例較小，可以忽略。熱力型氮氧化物主要產生于回轉窯內，回轉窯內氣相溫度高達2200℃，在富氧的環境下生成大量的氮氧化物。在新型干法生產系統中，50%～60%的煤是在溫度較低的分解爐中燃燒的，爐內溫度不超過1000℃，在此溫度下產生的氮氧化物以原料型氮氧化物為主。這些氮氧化物如果不能在分解爐內得到還原，將致使排放尾氣中的氮氧化物嚴重超標。

據估計，我國水泥工業每年排放的氮氧化物約為100萬噸左右。在氮氧化物中，NO和NO2是兩種最重要的大氣污染物。NO和血紅蛋白的親和力比CO大幾百倍，動物接觸高濃度的NO，可出現中樞神經病變。NO2對眼和呼吸氣管有刺激作用，高濃度的NO2急性中毒能引起氣管炎和肺氣腫，嚴重者可導致死亡。因此，國家強制要求水泥生產企業嚴格執行國家排放標準，降低尾氣中氮氧化物的排放量。

現有技術之一是在分解爐內通過分級燃燒技術降低氮氧化物的，即在窯尾煙室處通入煤粉或水煤氣，產生還原性氣體，再通過還原性氣體與氮氧化物反應來降低氮氧化物含量的。由于生料的分解是吸熱反應，因此還需在分解爐內加入煤和三次風，通過燃燒提高爐內溫度，以維持生料的持續分解。這種方案在原理上是可行的，但在實際控制上很難穩定地做到氮氧化物的達標排放，原因如下：

1、煤的類型及來源不能穩定，不同類型的煤、或同類型不同產地的煤，其熱值及煤內含氮化合物比例都存在較大的差別，造成窯內溫度、氮化合物的生成量變化較大；

2、還原性氣體的生成量不易控制，還原性氣體過多會降低煤粉燃盡率和爐內溫度，進而降低生料的分解率，而還原性氣體過少又起不到降低氮氧化物的作用；

3、窯內燃燒溫度不易控制，煤或三次風加量過多時，爐內溫度高，易產生氮氧化物；煤或三次風加量過少時，溫度低、生料的分解率降低；

4、水泥窯為連續生產性質，且為多參數物料輸入，任一物料給料量的變化，都將引起其余物料給料量的變化；

5、窯內發生的氧化-還原反應是可逆的，反應物及生成物的溫度及濃度決定著反應進行的方向；

6、反應存在復雜性和滯后性。

綜上所述原因，現有的人工給料或自動給料系統很難做到穩定地控制氮氧化物的排放量。

從根本上來說，氮氧化物的產生取決于溫度和氧濃度，溫度的產生來自于回轉窯的燃燒器（約占總量的40%～50%）和分解爐內煤粉的燃燒量。因此，最大限度地降低煤粉的用量具有重要的意義，對于分解爐來說，不僅能夠降低煤粉中原料型氮氧化物的生成量，還能夠減少硫化物的排放量，大幅減輕后期尾氣的凈化負擔。

降低煤粉用量的核心問題是怎樣在保證分解爐分解溫度的前提下，提高熱能的利用率。分解爐排出的尾氣和回轉窯生成的熟料帶走大量的熱能，雖然這些熱能可以被其它用熱設備回收，但這實屬無奈之舉，且該熱能的回收并非有利于減少水泥窯自身的用煤量，也達不到降低水泥窯內氮氧化物生成量的目的。

發明內容