多级悬浮预热器及控制方法、水泥熟料生成设备控制方法技术

本发明专利技术涉及多级悬浮预热器及其控制方法。该预热器包括：多级旋风筒装置，至少包括末级旋风筒、次末级旋风筒及两者之间的换热管道，其中：末级旋风筒的入口适于接收来自烟气产生装置的烟气，末级旋风筒的下料出口与烟气产生装置相通在多级悬浮预热器的上下两级旋风筒之间，下级，旋风筒出口的烟气通过换热管道通入上级旋风筒；设置于至少一个换热管道上的预热器给煤点，适于通过所述预热器给煤点向多级悬浮预热器供煤；和级间旋风分离器，设置在对应的上下两级旋风筒之间，所述级间旋风分离器的入口、下料管道和出口烟道分别与下级旋风筒出口的换热管道、烟气产生装置的分离料入口和上级旋风筒的入口相通，其中：至少一个预热器给煤点在烟气流动方向设置于所述级间旋风分离器的上游。本发明专利技术还涉及多级悬浮预热水泥窑炉系统的控制方法。

【技术实现步骤摘要】
多级悬浮预热器及控制方法、水泥熟料生成设备控制方法
本专利技术的实施例涉及氮氧化物排放控制领域，尤其涉及一种多级悬浮预热器及其控制方法，一种水泥熟料生成设备，一种多级悬浮预热水泥窑炉系统的控制方法。
技术介绍
目前，国内外普遍采用的水泥生产工艺为新型干法水泥生产工艺，其中回转窑和分解炉是其工艺环节中的主要设备。回转窑是水泥熟料最终烧成装置，由于窑内为气固堆积式传热，传热效果较差，为了得到高质量水泥熟料，窑头煅烧气体温度高达1800℃，这造成回转窑热力型NOx排放极高，占到所有热力型NOx排放的80％以上。而且，鉴于回转窑高温煅烧工艺的特点，此部分热力型NOx的生成无法避免。分解炉是水泥生料分解装置，水泥生料在分解炉内分解需要吸收大量热量，这部分热量依靠煤粉燃烧提供，因此分解炉内燃烧需要的给煤量高于回转窑燃烧所需的给煤量(占所有给煤量的60％左右)，使得分解炉内的燃料型NOx排放较高。回转窑和分解炉是目前新型干法水泥生产工艺NOx排放的两大主要来源，造成水泥窑炉总体NOx排放处于较高水平，原始排放超过1000mg/Nm3。统计数据显示，水泥工业2017年的NOx排放量占到了全国NOx排放总量的10-12％，是我国雾霾天气的重要成因之一，严重危害大气环境和人类健康。由此可见，实现水泥窑炉低NOx排放对于大气污染治理具有重要战略意义。水泥窑炉采用的低氮脱硝技术包括低氮燃烧器、选择性非催化还原(SelectiveNon-catalyticReduction，SNCR)、选择性催化还原(SelectivecatalyticReduction，SCR)、燃烧和流场优化、以及分级燃烧等。低NOx燃烧器主要用于回转窑，但由于回转窑固有的高温煅烧工艺(水泥熟料烧成温度在1350℃左右，而煤粉燃烧温度高达1800℃以上，产生大量热力型NOx)，加之回转窑生产工况多变，其NOx减排效果有限，仍然需要与其他低NOx技术配合使用。SNCR是目前水泥工业采用较多的一种脱硝技术，最大脱硝效率可以达到50％左右，主要采用向分解炉或者分解炉出口烟道喷洒氨水或者尿素的形式实现NOx的还原，由于其有效运行温度在800-1100℃范围内，因此喷洒位置只能位于分解炉与C5旋风筒之间的烟道上，极大限制了该技术在其他工艺环节中的应用；另外，SNCR存在氨水消耗量大、运行费用高以及氨逃逸带来的二次环境污染问题。总体看来，脱硝效果强烈依赖于喷氨量的SNCR技术已经无法适应和满足日益严苛的排放标准和环保要求。SCR技术目前常用的催化剂反应温度在300～400℃之间，而这个温度范围对应的水泥工业环节刚好处于C1旋风筒出口位置，该处烟气含尘量非常高，对催化剂冲刷磨损较大，催化剂堵塞风险也比较大，同时各种有害成分引起的催化剂中毒也较为严重。SCR技术虽然可以达到90％以上的脱硝效率，但其高昂的投资成本，加上催化剂失效后更换带来的巨大运行和维护成本都是企业难以承受的。优化分解炉内的燃烧和流场分布，是降低NOx排放的另一条技术途径。国内很多科研院所和大学高校都展开了大量的研究工作，取得了很好的研究进展。不过，由于分解炉内部环境非常复杂，涉及煤粉/煤焦/挥发分的燃烧、水泥生料(CaCO3)吸热分解、气固两相流动传热传质以及NOx还原等物理化学过程，使得研究结果很难完全真实反映炉内实际情况，研究结论对实际生产的指导作用有限。分级燃烧技术仅在实验室条件下获得了很好的NOx减排效果。单独应用分级燃烧技术时的脱硝效率仅为15～20％，与SNCR结合后可达到65％。现有分级燃烧技术实际应用效果不佳，主要是受到分解炉本体的限制，分解炉中有物料流、煤粉流、气流，且物料反应与NOx生成与还原反应交织在一起，加之温度场、速度场时刻变化，在实际改造过程中，很难保证物料流、气流的充分混合以及脱硝还原区的稳定。目前水泥窑炉采用的低氮脱硝技术，从其技术特征、应用效果等方面来看，主要存在以下缺陷：①低氮燃烧器技术一般仅用于回转窑，但由于回转窑固有的高温煅烧工艺，加之回转窑生产工况多变，其氮氧化物减排效果有限，仍然需要与其他低氮技术配合使用。②SNCR技术最大脱硝效率仅能达到50％左右，已经无法满足日益严苛的排放标准；另外，SNCR技术存在氨水消耗量大、运行费用高以及氨逃逸带来的二次环境污染问题。③SCR技术对应用温度窗口有严格要求，过高或者过低温度都会影响脱硝效率；另外，其投资成本也相当昂贵，加之高尘的应用环境使得其易中毒失活，造成运行成本也非常高昂，难以大规模普及应用。④燃烧和流场优化技术受制于分解炉内复杂的流场分布，氮氧化物减排效果极其有限。⑤分级燃烧技术，由于受到分解炉本体的限制，其氮氧化物减排效果非常有限。另外，分级燃烧技术也存在技术上的缺陷：如果燃料向下(窑尾烟室)分级，虽然可以延长还原时间，但存在煤粉沉积、随水泥生料一起落入到回转窑尾部的风险，落入的煤粉在回转窑内燃烧易造成局部温度过高，引起结皮粘结，甚至引起回转窑故障；如果燃料向上(分解炉上部)分级，虽然可以多次营造还原性区域，但是容易因为煤粉停留时间不够，造成煤粉燃烧不完全，影响燃烧效率，从而导致整个水泥生产工艺系统热耗增加，而未燃尽的煤粉颗粒极有可能被分解炉出口旋风筒(C5)收集，从而进入回转窑尾部，造成高温结皮、甚至停窑的问题。
技术实现思路
为缓解或解决上述问题中的至少一个方面或者至少一点，提出本专利技术。根据本专利技术的实施例的一个方面，提出了一种多级悬浮预热器，包括：多级旋风筒装置，所述多级旋风筒装置至少包括末级旋风筒、次末级旋风筒及两者之间的换热管道，其中：末级旋风筒的入口适于接收来自烟气产生装置的烟气，末级旋风筒的下料出口与烟气产生装置相通，在多级悬浮预热器的上下两级旋风筒之间，下级旋风筒出口的烟气通过换热管道通入上级旋风筒；设置于至少一个换热管道上的预热器给煤点，适于通过所述预热器给煤点向多级悬浮预热器供煤；和级间旋风分离器，设置在对应的上下两级旋风筒之间，所述级间旋风分离器的入口、下料管道和出口烟道分别与下级旋风筒出口的换热管道、烟气产生装置的分离料入口和上级旋风筒的入口相通，其中：至少一个预热器给煤点在烟气流动方向设置于所述级间旋风分离器的上游。根据本专利技术的实施例的另一方面，提出了一种水泥熟料生成设备，包括：用于预热水泥生料的多级悬浮预热器，所述多级悬浮预热器为上述的多级悬浮预热器；水泥生料输送管道，与多级悬浮预热器相通，向预热器输送水泥生料；水泥生料处理装置，所述水泥生料处理装置包括所述的烟气产生装置，经多级悬浮预热器预热的水泥生料适于经由末级旋风筒的下料出口进入到水泥生料处理装置；给煤装置，用于向预热器给煤点供煤。根据本专利技术的实施例的再一方面，提出了一种多级悬浮预热器的控制方法，其中：所述预热器包括：多级旋风筒装置，所述多级旋风筒装置至少包括末级旋风筒、次末级旋风筒及两者之间的换热管道，其中：末级旋风筒的入口适于接收来自烟气产生装本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多级悬浮预热器，包括：/n多级旋风筒装置，所述多级旋风筒装置至少包括末级旋风筒、次末级旋风筒及两者之间的换热管道，其中：末级旋风筒的入口适于接收来自烟气产生装置的烟气，末级旋风筒的下料出口与烟气产生装置相通，在多级悬浮预热器的上下两级旋风筒之间，下级旋风筒出口的烟气通过换热管道通入上级旋风筒；/n设置于至少一个换热管道上的预热器给煤点，适于通过所述预热器给煤点向多级悬浮预热器供煤；和/n级间旋风分离器，设置在对应的上下两级旋风筒之间，所述级间旋风分离器的入口、下料管道和出口烟道分别与下级旋风筒出口的换热管道、烟气产生装置的分离料入口和上级旋风筒的入口相通，/n其中：/n至少一个预热器给煤点在烟气流动方向设置于所述级间旋风分离器的上游。/n

【技术特征摘要】
20191128 CN 20191118904231.一种多级悬浮预热器，包括：
多级旋风筒装置，所述多级旋风筒装置至少包括末级旋风筒、次末级旋风筒及两者之间的换热管道，其中：末级旋风筒的入口适于接收来自烟气产生装置的烟气，末级旋风筒的下料出口与烟气产生装置相通，在多级悬浮预热器的上下两级旋风筒之间，下级旋风筒出口的烟气通过换热管道通入上级旋风筒；
设置于至少一个换热管道上的预热器给煤点，适于通过所述预热器给煤点向多级悬浮预热器供煤；和
级间旋风分离器，设置在对应的上下两级旋风筒之间，所述级间旋风分离器的入口、下料管道和出口烟道分别与下级旋风筒出口的换热管道、烟气产生装置的分离料入口和上级旋风筒的入口相通，
其中：
至少一个预热器给煤点在烟气流动方向设置于所述级间旋风分离器的上游。


2.根据权利要求1所述的预热器，其中：
级间旋风分离器所在的上下两级旋风筒包括末级旋风筒和次末级旋风筒；且
所述至少一个预热器给煤点包括设置于末级旋风筒与次末级旋风筒之间的换热管道的预热器给煤点。


3.根据权利要求1或2所述的预热器，还包括：
补燃风供给装置，用于向与设有预热器给煤点的换热管道相连的级间旋风分离器的出口烟道提供补燃风。


4.根据权利要求1-3中任一项所述的预热器，其中：
所述预热器给煤点邻近对应的下级旋风筒的烟气出口。


5.一种水泥熟料生成设备，包括：
用于预热水泥生料的多级悬浮预热器，所述多级悬浮预热器为根据权利要求1-4中任一项所述的多级悬浮预热器；
水泥生料输送管道，与多级悬浮预热器相通，向预热器输送水泥生料；
水泥生料处理装置，所述水泥生料处理装置包括所述的烟气产生装置，经多级悬浮预热器预热的水泥生料适于经由末级旋风筒的下料出口进入到水泥生料处理装置；
给煤装置，用于向预热器给煤点供煤。


6.根据权利要求5所述的设备，其中：
所述烟气产生装置包括：
回转窑，具有回转窑烟室；
分解炉，与回转窑烟室连通，
其中：来自分解炉的烟气通入末级旋风筒，且在多级悬浮预热器的上下两级旋风筒之间，下级旋风筒的出口烟气通过换热管道通入上级旋风筒。


7.根据权利要求6所述的设备，其中：
所述给煤装置还适于经由分解炉上的分解炉给煤点(501)向分解炉供给煤粉。


8.根据权利要求7所述的设备，其中：
通过所述预热器给煤点加入的给煤量为所述给煤装置向分解炉和换热管道加入的总给煤量的5％-50％。


9.根据权利要求8所述的设备，其中：
通过所述预热器给煤点加入的给煤量为所述给煤装置向分解炉和换热管道加入的总给煤量的20％-30％。


10.根据权利要求7所述的设备，其中：
所述分解炉还设置有第一三次风入口(31)与第二三次风入口(32)；
所述分解炉给煤点(501)、第一三次风入口(31)、分离料入口(301)、第二三次风入口(32)沿分解炉内烟气流动方向依次布置。


11.根据权利要求10所述的设备，其中：
所述次末级旋风筒的下部出口与分解炉的分解炉生料入口(302)连通。


12.根据权利要求11所述的设备，其中：
所述分解炉给煤点(501)、第一三次风入口(31)、分解炉生料入口(302)、分离料入口(301)、第二三次风入口(32)沿分解炉内烟气流动方向依次布置。


13.根据权利要求9所述的设备，还包括：
三次风供风控制装置，适于控制三次风的风量，以在分解炉给煤点与第一三次风口之间形成第一还原性气氛，在...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡军，任强强，吕清刚，吾慧星，
申请(专利权)人：中国科学院工程热物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11