一种应用于水泥窑炉降低水泥窑NOx排放量的全过程低氮燃烧技术制造技术

本发明专利技术公开一种应用于水泥窑炉降低水泥窑NOx排放量的全过程低氮燃烧技术，将窑炉系统的预热器、分解炉、回转窑、喷煤管、三次风管和煤粉及生料喂料作为整体系统控制，从抑制氮氧化物的生成和还原已生成的氮氧化物入手，对回转窑、分解炉及燃料品质、燃料质量、燃烧器与助燃空气合理分布等进行科学合理调控，对窑炉温度场和气氛场系统控制。技术主要包括冷却机(1)、回转窑(2)、窑头煤粉燃烧器(3)、分解炉(4)、窑尾煤粉燃烧器(5)、三次风管(6)及其分风管(7)、第四级悬浮预热器(8)、第五级悬浮预热器(9)、下料管(10)，所述回转窑(2)设置氧化区(11)和还原区(12)，分解炉(4)设置氧化区(13)和还原区(14)。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及水泥窑炉节能减排领域，特别是涉及一种应用于水泥窑炉降低水泥窑NOx排放量的全过程低氮燃烧技术。
技术介绍
随着全国性雾霾天气的蔓延，水泥工业的NOx减排已日趋受到关注与重视。据有关数据显示，水泥工业由于产量的增长，氮氧化物排放量在近年呈现快速增长的趋势，2006年水泥工业NOx排放量为59.84万吨，至2010年水泥工业NOx排放量增长为227.36万吨，占我国氮氧化物排放总量的10％。大量的NOx排放改变了大气的性质，使其氧化性增加，导致一系列的大气污染问题，同时破坏大气平流层，是光化学烟雾和酸雨形成的重要物质。《国家中长期科学和技术发展规划纲要》中就提出重点开发大气污染物控制技术，把控制氮氧化物排放量列入国家的发展规划中。2013年12月27日，环保部发布的国家标准GB4915-2013《水泥工业大气污染物排放标准》中，要求水泥窑炉氮氧化物排放量(标况下)低于400mg/Nm3(折算为NO2，以φ(O2)＝10％为基准，下文无特殊说明时，都以此为基准)，重点地区设计控制标准在320mg/Nm3以下。因此，水泥工业氮氧化物排放问题正面临严峻的考验。水泥窑炉中氮氧化物的形成主要有三种形式：热力型、燃料型和瞬时型。其中热力型在1600℃以上时以指数增长速度增长；燃料型NOx是燃料中含有的氮化合物在燃烧过程中热裂解氧化生成的NOx；瞬时型NOx生成量较小，一般忽略不计。在预分解熟料煅烧工艺过程中，燃料在回转窑及分解炉两处燃烧。从理论分析与实际检测可知，回转窑窑头煤粉高温明焰燃烧，产生的NOx主要为热力型NOx，约为800-1500ppm(1000-1900mg/m3)，在分解炉内煤粉在低温下无焰燃烧，NOx的产生主要以燃料型NOx为主，出预分解系统的NOx约为400-900ppm(500-1100mg/m3)。根据氮氧化物的形成机理，水泥窑NOx控制技术主要分为系统控制技术与烟气净化技术，系统控制技术是对煤粉燃烧过程进行控制，从根本上降低NOx的生成，包括低氮燃烧器和分级燃烧技术等；烟气处理技术是对已生成的NOx进行脱除，包括非选择性催化还原法(SNCR)和选择性催化还原法(SCR)。SCR技术虽然在电力行业已经广泛应用，可以达到90％以上的NOx脱除效率，但在水泥行业中，因为高效的余热利用技术的普遍应用，导致最终排放的稍高于露点的烟气温度，及极微量的粉尘和有害元素等，直接影响到催化剂的长期连续稳定工作。加之较高的建设及运行成本问题，还未在水泥行业中推广应用。SNCR脱硝技术虽已经在水泥工业中推广，但SNCR系统脱硝效率不高，氨氮比较高，为满足标准要求的氮氧化物排放量时投入的氨水量较大，并有较高的氨气逃逸问题，且氨水生产过程也不可避免的造成一定量的碳排放和氮氧化物污染，实际造成环境污染的变相转嫁。另外，SNCR的高运行成本，也是其切实推广的障碍。据华东地区一家水泥企业2015年统计，将水泥窑炉烟气中的氮氧化物从500mg/Nm3降低到国家标准容许排放的浓度以下，SNCR脱硝的运行成本大约为每吨水泥熟料5元左右。因此SNCR技术虽已经在大部分水泥工厂推广，是新型干法水泥厂控制氮氧化物排放控制的有效补救措施，但其高昂的运行成本，在目前水泥工业普遍不景气的情况下，更加重了水泥企业的负担。低氮燃烧器通过特殊设计的燃烧器结构及改变通过燃烧器的风煤比例，提高一次风喷出速度及一次风喷出动量，达到降低回转窑中NOx的生成量的目的。目前国内已广泛应用，受操作控制水平和窑炉工况影响，仅仅采用低氮燃烧器，NOx的减排效果不明显。分级燃烧和再燃脱硝是水泥企业推广的低氮燃烧技术，分级燃烧包括燃料分级燃烧和空气分级燃烧。这几项技术其实质是在分解炉内，将一次性注入的燃料、助燃空气分别引入分解炉，在分解炉内较高的温度区间，形成还原气氛的优势，以尽量减少分解炉内NOx的形成并尽可能将烟气中NOx还原成N2。水泥窑炉采用分级燃烧技术或再燃脱硝技术进行技术改造，建设时间短，在运行中的运行成本可忽略不计，是水泥工艺降低NOx排放有效的途径，可以达到水泥生产和降低NOx排放相互兼容的目的。新建的水泥生产线，分级燃烧技术已经得到了广泛应用，而老水泥生产线正通过技术改造，实现分级燃烧技术的实施。空气分级燃烧技术通过分风措施，有效的降低设定高温区域的氧浓度，从而通过高温区域内，氧气与还原物质比例的调整，为在特定区域内营造还原气氛，创造必要条件；而燃料分级燃烧技术的实质则是将部分煤粉在分解炉主燃烧器的上游的合理部位注入，通过延长部分煤粉在分解炉内的停留时间，在分解炉内设定的高温区域将尽可能多的化学反应活性较低的煤粉，转化为化学反应活性较高的气态还原物质，从而营造出适宜氮氧化物还原的高温、呈现典型还原气氛的疆域。再燃脱硝技术则是将部分气态燃料或极易气化的燃料，在分解炉主燃烧器的下游的适当位置注入，扩大和强化分解炉中后部的还原气氛疆域。以利氮氧化物的还原，促成烟气脱硝。但是通过之前的工程试验数据的系统分析发现，分级燃烧技术和再燃脱硝技术在操作过程中除了分风、分煤等的硬件设施外，也还需要围绕烧成主线的全系统精细化操作，粗放的操作模式不能有效降低氮氧化物的排放。由于现有的技术还不能实现低成本、有效的氮氧化物的减排，因此，有必要进行观念的更新、技术的整合和参数的优化，提高低氮燃烧的效率，以影响到燃烧全过程的低氮燃烧技术，实现水泥窑炉的低氮排放。
技术实现思路
本专利技术的目的在于研究一种应用于水泥窑炉降低水泥窑NOx排放量的全过程低氮燃烧技术，该技术是在之前分级燃烧技术的基础上进一步研发的降低系统氮氧化物排放量的技术，将窑炉全系统的预热器、分解炉、回转窑、喷煤管、三次风管和煤粉及生料喂料作为一个有机的整体进行调整，在回转窑内实现热力型NOx产生量降低，在分解炉内形成还原气氛，降低燃料型NOx的生成，同时还原部分已生成的氮氧化物，从而实现窑炉全过程NOx形成控制及还原分解。全过程低氮燃烧技术全过程低氮燃烧技术从燃料控制、回转窑控制、分解炉控制三方面进行系统控制。1.提高煤粉的化学反应活性燃煤是水泥生产过程的主要热源，是燃料型NOx产生的来源，也是窑炉中的主要还原物质，是在特定区域内形成还原气氛的物质基础。但是氧气与煤粉的比例关系，并不是决定特定区域内是否为还原气氛的唯一影响因素。还原气氛除了有过量的煤粉外，还取决于煤粉是以化学反应活性较低的固态存在，还是以化学反应活性较高的气态还原物质存在。在煤粉的燃烧过程中，HCN是首先析出的物质，而NH3则在焦炭氧化及煤的高温热解过程中析出。在富燃料气氛下，燃料N和C-H化合物的主要产物为HCN，所以在燃烧区域，燃料N主要以HCN形式析出。HCN随后反应生成NHi，在氧化性气氛下被氧化成NO，如果在还原性气氛下，HCN和NH3起到还原作用而将NO还原成N2，同时NO也可以在炙热的焦炭表面被还原成N2。HCN是进一步反应生成NO还是N2主要取决于反应气氛下的化学当量比。如果在富燃料气氛下，且保证足够的高温和充足的反应时间，燃料中的N会生成少量的NO和大量的N2。因此，全过程低氮燃烧技术的出发点是水泥窑炉还原气氛的控制，怎样在系统内快速将煤粉转化为化学活性较高的气态还原物质，并在这一区域保持一定的停留时间本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应用于水泥窑炉降低水泥窑NOx排放量的全过程低氮燃烧技术，其特征在于：所述技术为将窑炉全系统的预热器、分解炉、回转窑、喷煤管、三次风管和煤粉及生料喂料作为一个有机的整体进行系统控制，从抑制氮氧化物的生成和还原已生成的氮氧化物入手，对燃料品质、燃料制备、燃烧器与助燃空气的合理分布等进行科学合理的调控，对于窑炉温度场和气氛场进行系统控制，抑制热力型氮氧化物的生成，在水泥烧成系统形成还原区域，还原已生成的氮氧化物，实现窑炉全过程NOx形成控制及还原分解。

【技术特征摘要】
1.一种应用于水泥窑炉降低水泥窑NOx排放量的全过程低氮燃烧技术，其特征在于：所述技术为将窑炉全系统的预热器、分解炉、回转窑、喷煤管、三次风管和煤粉及生料喂料作为一个有机的整体进行系统控制，从抑制氮氧化物的生成和还原已生成的氮氧化物入手，对燃料品质、燃料制备、燃烧器与助燃空气的合理分布等进行科学合理的调控，对于窑炉温度场和气氛场进行系统控制，抑制热力型氮氧化物的生成，在水泥烧成系统形成还原区域，还原已生成的氮氧化物，实现窑炉全过程NOx形成控制及还原分解。2.一种权利1所述的技术，其特征在于：所述技术主要包括冷却机(1)、回转窑(2)、窑头煤粉燃烧器(3)、分解炉(4)、窑尾低氮煤粉燃烧器(5)、三次风管(6)及其分风管(7)、第四级悬浮预热器(8)、第五级悬浮预热器(9)、下料管(10)，所述的回转窑(2)设置氧化区(11)和还原区(12)，分解炉(4)设置氧化区(13)和还原区(14)，窑尾低氮煤粉燃烧器(5)分上下两层，每层两个对称连接至分解炉(4)底部还原区(14)，三次风管(6)入口两边对称连接分解炉(4)底部还原区(14)，...

【专利技术属性】
技术研发人员：马明亮，谢吉优，魏文荣，杨红彩，陆秉权，王业华，杨恒杰，项泽强，
申请(专利权)人：北京凯盛建材工程有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11