新型干法旋窑煤粉多相动态催化氧化燃烧方法技术

一种新型干法旋窑煤粉多相动态催化氧化燃烧方法，将纳米级分子态的多元催化剂前驱体等以液态形式连续加入窑头煤粉中，在窑内形成多相动态高温火焰催化氧化燃烧；高温火焰段形成的部分纳米级的功能性金属氧化物催化剂随拉风进入分解炉内煤、料、风悬浮体系，再一次催化氧化燃烧。废弃的功能性金属离子氧化物最后在窑内做为高效离子型助烧剂促进水泥熟料中Ｃ３Ｓ的生成和ｆＣａＯ的降低，实现稳产高产优质。本发明专利技术烧好新型干法旋窑两把火，有效降低熟料烧成热耗，提高熟料质量和窑产量，减少ＣＯ２、ＣＯ的排放量，节能减排及降低成本效果显著。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于新型干法旋窑煤粉燃烧

技术介绍
众所周知，煤是化石燃料，是复杂的有机高分子化合物，因成煤植物、成矿条件、煤 化程度不同，其岩相组成差异很大，其反应活性、着火温度、燃尽时间等差异很大。优质烟 煤静态着火温度为400°C 500°C，无烟煤静态着火温度为600 700°C，在气流中着火温 度一般还要高出150 200°C ；燃尽时间取决于细度、温度、灰份等，有实验表明烟煤粒径为 80μι·η、100μπι、200μι·η，其在 900°C时的燃尽时间分别为 0. 67s,0. 97s、3s，在 1500°C时的 燃尽时间分别为0. 48s,0. 57s,2. Is ；煤粉的燃烧还与供氧量有关，氧量不足时部分仅氧化 为CO只放出约30%的热量，高温强还原性气氛如1000°C以上固碳剧烈气化(C+C02 — CO) 吸热造成化学不完全燃烧热损失剧增。煤粉在窑系统内的燃烧是一个动态的复杂的化学反 应过程。燃烧的实质是一个氧化放热反应，利用燃料的氧化反应放热为熟料生产提供热 能，燃烧的速度、效率等决定了窑系统的运行工况与熟料的产质量。早期旋窑采用燃气、燃油，随着燃烧理论的深入研究与装备技术的进步转向采用 较廉价的优质烟煤。我国对预分解窑煤质的要求则为灰份< 28%、挥发份22 32%、热 值彡21740kJ/kg、全硫< 3%。然而，基于燃料价格和我国燃煤资源状况及庞大规模的水 泥产能升级换代，以及国家政策优质烟煤优先保证冶金化工及火电行业，干法旋窑在经济 回暖时可用得起的基本上为劣质烟煤、无烟煤等。这一方面造成了我国旋窑煤质的应用处 于世界领先水平，另一方面直接导致了我国旋窑熟料质量平均水平的大幅下滑，相当部分 5000t/d级旋窑熟料28d平均强度仅52MPa左右或更低，相当部分干法旋窑倾向于烧较高液 相量的立窑熟料，不仅对工程的耐久性造成长期影响，也逐渐影响了旋窑企业声誉，这皆因 燃煤的拓展与燃烧技术的应用不匹配。新型干法旋窑要烧得好，实质上就是要烧好两把火。窑尾分解炉一把火，目的是为CaCO3的分解提供热量，控制分解炉内CaCO3分解率 达85%左右。分解炉内温度< 900°C、氧量在11 14%，大致为无焰氧化燃烧，煤粉燃烧较 慢，20世纪80年代中期在福建炼石水泥厂中德两国专家进行了约二年的燃烧技术攻关试 验，采用原子示踪法测出烟煤在分解炉内燃尽需停留时间9. 392s 11. 575s，无烟煤需时 间15. 47s 20. 78s。煤粉在分解炉内停留时间短、煤粉燃烧不好、燃烧不完全，将被风、料 带到预热器及窑尾继续燃烧，导致系统工况不稳，废气中CO含量上升。窑头一把火，是为解决熟料的烧成，是熟料烧成质量的关键，即火焰温度的高低和 高温火焰带的长度决定了熟料的产质量好坏，火焰长度一般为0.6X窑长，烧成带长度约 为0.4X窑长。大家知道，熟料矿物的生成是放热反应，即在1000°C 1300°C生成C2S、 C3A, C4AF 放热分别为 602kJ/kg、108kJ/kg、37. 7kJ/kg，在 1280°C 1450°C生成 C3S 放热约 为448kJ/kg。这就是说，窑头一把火是为熟料烧成提供快速反应所需的温度与反应时间。当煤粉氧化燃烧速度慢时，氧化燃烧放热不集中，燃烧带拉长，高温火焰带温度则 提不上，一方面未燃尽的碳粒被拉风带向窑尾，造成窑内还原气氛，出现结副窑皮、窑蛋、结 圈，影响窑况正常运行；另一方面窑烧不住，因为窑内传热以火焰辐射传热为主，热辐射强 度与火焰温度是四次方关系，火焰温度低烧成带物料温度上不去，导致熟料升重低、fCaO偏 高、飞砂增加、强度较低；其次，窑况不稳，燃煤也一定没有少烧。近年新投产的干法旋窑大多预热器与分解炉配置较大，但受窑内空间、燃烧器及 煤质因素影响，较普遍的问题是窑头一把火烧不好，即烧成带火焰温度提不上，不少厂不得 已采取烧低饱和比、高液相量、较低硅率的配料(倾向于立窑配料)，以降低fCaO和提高熟 料结粒率，熟料中包心料、轻烧料较多，升重离1400士50差距大，强度波动大，后期强度偏 低。煤粉燃烧技术的全面系统研究始于20世纪70年代末，其研究方向可概括为物理 方法与化学方法两个分支。研究的物理方法是从机械设备研发改善燃烧条件方面着手，以提高煤粉燃烧速 度、燃烧效率及抑制NOx生成，包括各类煤粉燃烧器及工业燃烧炉。煤粉燃烧技术的研究与 应用成果在新型干法旋窑上有不同形式不同结构的离线、半离线(带预燃器)、在线的燃烧 分解炉，有不同结构功能的单通道到多通道的燃烧器，尤其是多通道采用煤粉主燃烧器、火 焰稳定船、稳燃腔煤粉燃烧器、开缝钝体等新一代热回流稳燃技术的应用，使旋窑的一次风 用量由传统的20 30%下降至12 15%，当前先进的燃烧器一次风量已能降低到6 8 %，这些机械物理的方法大大改进了旋窑煤粉的燃烧效率和热效率，但煤质的拓展，从优 质烟煤到劣质煤、无烟煤及再生燃料的应用，机械的物理方法已凸显其适应局限性，迫切需 要新的技术方法。研究的化学方法则是从催化氧化燃烧着手，选择合适的催化剂来提高煤粉氧化燃 烧速度、燃烧效率及抑制NOx生成。实践证明合适的催化剂能大幅降低反应活化能(条 件)，大幅提高甚至数十倍提高反应速度，催化技术的应用现已日渐成熟而普及，催化燃烧 技术的应用也日见普及。如汽车配置的三元催化燃烧器，化工高毒高危气体焚烧处理用的 催化燃烧炉。对于碳基燃料的催化助燃或助燃剂(高效燃烧催化剂、调解剂、节煤粉、消烟剂、 固硫剂等)，国内外各类专利及文献介绍较多。大致可分为以硝酸盐、氯酸盐、高锰酸盐为 主的氧化剂类，金属氧化物及尾矿类如专利CN117215A，羧酸盐酸类如专利CN1266089A以 醋酸盐和脂肪酸盐等为主，复合类如专利CN101020853A以烷基醇醚及烯烃和醇氯化合物 芳香族化合物等为主。先不讲使用方法，单就原理来说，其一，煤是复杂的有机高分子化合 物，不管是什么煤质都有一个挥发份的含量，小则3 10% (无烟煤)，多则挥发份达40 50% (褐煤)，挥发份即是煤这类高分子化合物受热释放及分子链(主要为侧链)断裂产生 的烃类、醇醚类及芳香化合物为主的易燃物，若像专利CN101020853A炭基燃料燃烧催化剂 所述加入的少量烷基醇醚、烷基酯、烯烃和芳香族化合物等其相对于煤主体拥有的大量的 挥发份而言能起多大作用呢？其二，每公斤碳完全燃烧需2. 67kg氧，氧化剂能加进去多少 有效氧呢？其三，粗大粒径的金属氧化物及尾矿对煤的高速燃烧起不到催化燃烧炉的界面 催化氧化作用……，这就是为什么大量的催化助燃剂或助燃剂、节煤粉等并不能有效推广 应用的关键原因。对于新型干法旋窑煤粉的燃烧条件及要求不同于火电厂燃煤锅炉及工业锅炉和 一般的工业窑炉，更不同于民用炉灶。旋窑煤粉燃烧牵涉到煤、风、料多相燃烧体系和各种 动态燃烧方式，牵涉到熟料的烧成质量、产量以及窑系统的工况稳定性，不能带进氯、碱、硫 及低温易熔物造成氯碱硫循环结皮堵塞。现有的煤粉燃烧技术及催化燃烧方法已不能适应 新型干法旋窑高产高质量及低燃煤成本的生存竞争要求，迫切需要新的燃烧技术方法。
技术实现思路
本专利技术所需解决的技术问题是针对上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型干法旋窑煤粉多相动态催化氧化燃烧方法，其特征在于将纳米级分子态的多元催化剂前驱体等以液态形式连续加入窑头煤粉中，利用多通道喷煤管的煤风输送混合及煤管出口处的内旋风高速强烈摩擦混合快速制成以煤粒为载体的多相催化体系，在窑内高速气流高温状况下形成多相动态高温火焰催化氧化燃烧；经高温火焰段形成的部分纳米级功能性催化剂离子与金属氧化物，随高温拉风与灰渣一起落向窑尾，催化氧化由５级筒入窑尾粉料带入的未燃煤粒继续氧化燃烧，改善窑内还原气氛；高温火焰段形成的部分纳米级的功能性金属氧化物催化剂随拉风经窑尾烟室分解炉喉颈管，进入分解炉内煤、料、风悬浮体系，被分解炉内悬浮的煤粒捕集再一次产生催化氧化燃烧作用，加速分解炉内煤粒的氧化燃烧；废弃的功能性金属离子氧化物最后被粉料捕集在窑内做为高效离子型助烧剂促进水泥熟料中Ｃ↓［３］Ｓ的生成和ｆＣａＯ的降低；通过调整催化剂用量和窑系统工况参数快速应对煤质波动导致的窑况波动，实现稳产高产优质。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：尹小林，
申请(专利权)人：尹小林，
类型：发明
国别省市：43[中国|湖南]