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。该预热器包括末级旋风筒、次末级旋风筒，末级旋风筒的入口接收来自烟气产生装置的烟气、下料出口与烟气产生装置相通；第一和第二级间旋风分离器，第一和第二级间旋风分离器设置在对应的上下两级旋风筒之间，第一和第二级间旋风分离器的入口分别通过第一和第二换热管道连通到下级旋风筒出口，第一和第二级间旋风分离器的出口分别通过第三和第四换热管道连通到上级旋风器入口，第一和第二级间旋风分离器的下料管道分别连通到第二换热管道和烟气产生装置的分离料入口；至少一个预热器给煤点设置在第一换热管道。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。泥窑炉系统的控制方法。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


[0001]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

[0002]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。
[0003]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NO
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排放极高，占到所有热力型NO
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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NO
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的生成无法避免。
[0004]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NO
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排放较高。
[0005]回转窑和分解炉是目前新型干法水泥生产工艺NO
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排放的两大主要来源，造成水泥窑炉总体NO
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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NO
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排放量占到了全国NO
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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NO
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排放对于大气污染治理具有重要战略意义。
[0006]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(Selective Non-catalytic Reduction，SNCR)、选择性催化还原(Selective catalytic Reduction，SCR)、燃烧和流场优化、以及分级燃烧等。低NO
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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NO
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)，加之回转窑生产工况多变，其NO
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减排效果有限，仍然需要与其他低NO
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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NO
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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。
[0007]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。
[0008]优化分解炉内的燃烧和流场分布，是降低NO
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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NO
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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。
[0009]分级燃烧技术仅在实验室条件下获得了很好的NO
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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NO
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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。
[0010]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：
[0011]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。
[0012]②
SNCR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。
[0013]③
SCR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。
[0014]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。
[0015]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，分级策略的通用性和普适性相对较差，脱硝效果不稳定，而且脱硝效率也不高，即使与SNCR技术联合，也很难满足当前严苛的NO
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排放要求。

技术实现思路

[0016]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。
[0017]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：
[0018]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；
[0019]第一级间旋风分离器和第二级间旋风分离器，所述第一级间旋风分离器和第二级间旋风分离器设置在对应的上下两级旋风筒之间，所述第一级间旋风分离器和第二级间旋风分离器的入口分别通过第一换热管道和第二换热管道在第一汇合位置连通到下级旋风筒出口，第一级间旋风分离器和第二级间旋风分离器的出口分别通过第三换热管道和第四换热管道在第二汇合位置连通到上级旋风器的入口，第一级间旋风分离器的下料管道连通到第二换热管道，第二级间旋风分离器的下料管道连通到烟气产生装置的分离料入口；和
[0020]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，
[0021]其中：至少一个预热器给煤点设置在第一换热管道。
[0022]根据本专利技术的实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多级悬浮预热器，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；第一级间旋风分离器和第二级间旋风分离器，所述第一级间旋风分离器和第二级间旋风分离器设置在对应的上下两级旋风筒之间，所述第一级间旋风分离器和第二级间旋风分离器的入口分别通过第一换热管道和第二换热管道在第一汇合位置连通到下级旋风筒出口，第一级间旋风分离器和第二级间旋风分离器的出口分别通过第三换热管道和第四换热管道在第二汇合位置连通到上级旋风器的入口，第一级间旋风分离器的下料管道连通到第二换热管道，第二级间旋风分离器的下料管道连通到烟气产生装置的分离料入口；和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，其中：至少一个预热器给煤点设置在第一换热管道。2.根据权利求1所述的预热器，其中：第一级间旋风分离器和第二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。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，用于向第一级间旋风分离器的出口烟道或第三换热管道提供补燃风，或者用于向第二汇合位置下游的换热管道提供补燃风。4.根据权利要求1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.根据权利要求1-4中任一项所述的预热器，其中：所述第二换热管道设置有流动阻力调整装置，用于调整来自下级旋风筒的烟气在第二换热管道内朝向第二级间旋风分离器流动的阻力。6.一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1-5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。7.根据权利要求6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。8.根据权利要求7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。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5％-50％。10.根据权利要求9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％。11.根据权利要求8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。12.根据权利要求11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。13.根据权利要求12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。14.根据权利要求10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，在分离料入口与第二三次风口之间形成第二还原性气氛，且在第二三次风口上方形成氧化性气氛。15.根据权利要求7所述的设备，其中：所述末级旋风筒的下料管道与回转窑的回转窑生料入口连通。16.一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...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡军，任强强，吾慧星，欧阳子区，杨少波，吕清刚，
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：