CN104634097A

CN104634097A - 降低回转窑内氮氧化物的方法及系统

Info

Publication number: CN104634097A
Application number: CN201410828600.7A
Authority: CN
Inventors: 颜碧兰; 王俊杰; 齐砚勇; 汪澜; 宋军华; 朱文尚
Original assignee: China Building Materials Academy CBMA
Current assignee: China Building Materials Academy CBMA
Priority date: 2014-12-26
Filing date: 2014-12-26
Publication date: 2015-05-20

Abstract

本发明公开了一种降低回转窑内氮氧化物的方法及系统，其中方法如下：根据喂煤量确定供风量，将一定量的可燃气体通过燃烧器喷入水泥回转窑内与煤粉一起进行燃烧，可燃气体燃烧时，降低煤粉周围氧气浓度，进而抑制氮氧化物在回转窑内的生成量；同时，可燃气体燃烧释放的热量增强水泥熟料的煅烧效率。本发明以较低成本降低回转窑内氮氧化物。

Description

降低回转窑内氮氧化物的方法及系统

技术领域

本发明涉及回转窑氮氧化物消除技术领域，尤其涉及一种降低回转窑内氮氧化物的方法及系统。

背景技术

氮氧化物(NOx)是常见的大气污染物之一，其除了能形成酸雨，破坏生态环境，还能形成光化学烟雾，危害人类健康。而在水泥煅烧过程中，又会产生大量的氮氧化物。据统计，2012年新型干法水泥生产线共排放氮氧化物约为200万吨，占全国氮氧化物排放量的10％左右，居火力发电和汽车尾气排放之后的第三位。

水泥行业目前消除NOx的方法主要包括三个方面：一是在烧成过程中减少其产生；二是在烧成过程中还原一部分；三是在烧成后的废气中还原大部分。其中，水泥生产企业目前常用的脱硝方法包括低氮燃烧器、分级燃烧、选择性非催化还原法(SNCR)等。

为了保护环境，对氮氧化物的排放有了更加严格的标准。随着更加严厉标准的出台和执行，上述各项技术对于实现水泥窑内氮氧化物的消除均存在于一定缺陷，或脱销效率较低或成本较高或影响正常生产等。为此，实现水泥窑炉内NOx的自身消除对进一步降低NOx排放量，满足新标准具有重要意义，即改变与改进氮氧化物处置方式，实现NOx由单一从窑尾排出转向由窑体内自身消化大部分之后再由窑尾排放。以此来实现脱销效率的发幅度提升。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种降低回转窑内氮氧化物的方法及系统，主要目的是以较低成本降低回转窑内氮氧化物。

为达到上述目的，本发明主要提供如下技术方案：

一方面，本发明实施例提供了一种降低回转窑内氮氧化物的方法，根据喂煤量确定供风量，

将一定量的可燃气体通过燃烧器喷入水泥回转窑内与煤粉一起进行燃烧，可燃气体燃烧时，降低煤粉周围氧气浓度，进而抑制氮氧化物在回转窑内的生成量；同时，可燃气体燃烧释放的热量增强水泥熟料的煅烧效率。

作为优选，所述可燃气体随一次风或煤风由燃烧器喷入水泥回转窑内。

作为优选，所述可燃气体的掺入量占一次风或煤风的比重为低于该可燃气体爆炸下限。

作为优选，所述可燃气体中的可燃组分为氢气(H₂)、一氧化碳(CO)、甲烷(CH₄)、乙烷(C2H₆)、丙烷(C₃H₈)、丁烷(C₄H₁₀)、乙烯(C₂H₄)、丙烯(C3H6)、丁烯(C₄H₈)、乙炔(C₂H₂)、丙炔(C₃H₄)、丁炔(C₄H₆)、硫化氢(H₂S)和磷化氢(PH₃)中的一种或多种气体的混合物。

作为优选，所述燃烧器不包括单通道燃烧器。

另一方面，本发明实施例提供了一种降低回转窑内氮氧化物的系统，包括：

可燃气体供应装置，用于提供可燃气体；

燃烧器，所述燃烧器的风机通过管道与可燃气体供应装置连接，可燃气体混入风机提供的风量中喷入水泥回转窑内，可燃气体在水泥回转窑内与煤粉一起进行燃烧，可燃气体燃烧时，降低煤粉周围氧气浓度，进而抑制氮氧化物在回转窑内的生成量；同时，可燃气体燃烧释放的热量增强水泥熟料的煅烧效率；

流量计量装置，设置于管道上，用于计量管道内流体流量。

作为优选，所述可燃气体供应装置包括用于产生或储存高压可燃气体的可燃气体发生或储存装置以及与可燃气体发生或储存装置连接，将燃气体发生或储存装置提供的高压气体的压力降低或由液体转化为气态的减压或气化装置。

作为优选，所述风机是为燃烧器提供一次风(净风)的一次风机或输送煤粉的煤风风机。

作为优选，所述可燃气体的掺入量占一次风风机或煤风风机送风量的比重为低于该可燃气体爆炸下限。

作为优选，所述可燃气体的可燃组分为氢气(H₂)、一氧化碳(CO)、甲烷(CH₄)、乙烷(C2H₆)、丙烷(C₃H₈)、丁烷(C₄H₁₀)、乙烯(C₂H₄)、丙烯(C3H6)、丁烯(C₄H₈)、乙炔(C₂H₂)、丙炔(C₃H₄)、丁炔(C₄H₆)、硫化氢(H₂S)和磷化氢(PH₃)中的一种或多种气体的混合物。

作为优选，所述燃烧器不包括单通道燃烧器。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明实施例的降低回转窑内氮氧化物的方法及系统通过简单改造即可实现可燃气体随燃烧气体喷入回转窑内燃烧，进而降低了燃料燃烧时氧气浓度和高温烟气的氧气浓度，实现了燃料型NOx和热力型NOx的大幅度削减；同时，可燃气体燃烧时释放的热量可增强火焰热力强度，提高煅烧效率，实现真正意义上的低氮高效燃烧。被加热至燃烧状态后，可燃气体燃烧，并吸收周围大量氧气，从而在燃料形成火焰内部或周围形成低氧浓度区。根据氮氧化物的生成原理，热力型氮氧化物和燃料型氮氧化物均与氧气浓度直接相关，本发明通过制造火焰内部或周围的低氧浓度区，使在火焰高温区域产生的热力型氮氧化物和燃料燃烧产生的燃料型氮氧化物大幅下降。该方法除了能大幅度消除回转窑内产生的氮氧化物外，可燃气体的燃烧还能增强燃料燃烧产生的火焰热力强度，从而提高窑内热力强度，增强水泥熟料煅烧效率，实现增产和降耗。

附图说明

图1是本发明实施例的降低回转窑内氮氧化物的系统的结构图。

图2是本发明实施例中应用管式炉测得的NOx浓度分布图。

图3是本发明实施例中某回转窑NOx浓度变化的曲线图。

图4是本发明实施例中某回转窑温度变化的曲线图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合，未尽的反应条件及反应参数均采用现有技术。

本发明实施例中的百分比均为体积百分比，多种包括两种及两种以上。

实施例1

温度设定为1100℃，喂煤量为20g/min，入口气体流量为140L/min，其中空气94％，一氧化碳6％。空气按氧气占21％，氮气占79％算，则气体含量可细化为氧气19.74％，氮气74.26％，一氧化碳6％。

可燃气体一氧化碳按上述比例混入燃烧器并喷入水泥回转窑内与煤粉一起燃烧，一氧化碳燃烧时，降低煤粉周围氧气浓度，进而抑制氮氧化物在回转窑内的生成量；同时，一氧化碳燃烧释放的热量增强水泥熟料的煅烧效率。一氧化碳可混入一次风与净风一起喷入水泥回转窑，也可混入煤风与煤粉一起喷入水泥回转窑。

对比例1

与实施例1条件相同，区别在于未混入可燃气体。即入口气体中仅为空气，其中氧气21％，氮气79％。

采用一维管式炉对上述实施例1和对比例1两种方案的氮氧化物浓度分布随测孔高度的变化进行对比实验。

实验结果见图2。从图2可以看出，实施例1和对比例1中，煤粉燃烧时一维管式炉内氮氧化物的浓度随距炉顶高度呈现先增大后减小的趋势，原因在于煤粉喷入炉内，首先挥发分析出，即挥发分中的氮也随之析出并燃烧生成氮氧化物，而随着煤粉的燃烧，氮氧化物又与固定碳表明发生异像还原反应，使氮氧化物量下降。从图2中实施例1与对比例1的对比可以看出，掺入可燃气体CO使一维炉内氮氧化物的浓度大幅度削减，其原因在于喷入炉内CO的燃烧使煤粉挥发分燃烧时周围氧气浓度下降，根据氮氧化物的生成原理，氮氧化物的生成量随氧气浓度的下降而大幅降低。因此，一维炉内整体氧气浓度下降。据测算，通入定量可燃气体后，一维炉出口氮氧化物的浓度下降35％以上。

实施例2

采用的水泥回转窑直径3.6m，长度60m。煤粉的加入量为1.833kg/s；二次风温度为1050℃，二次风速度为6m/s；燃烧器采用TMP低NOx多功能燃烧器，一次风内掺入3％的氢气，即一次风中氧气20.37％，氮气76.63％，氢气3％，二次风和煤风为空气。可燃气体氢气按上述比例混入燃烧器并喷入水泥回转窑内与煤粉一起燃烧，氢气燃烧时，降低煤粉周围氧气浓度，进而抑制氮氧化物在回转窑内的生成量；同时，氢气燃烧释放的热量增强水泥熟料的煅烧效率。

对比例2

与实施例2区别仅在于二次风、一次风和煤风均为空气。

从图3可知，实施例2和对比例2中回转窑内氮氧化物量均随距窑头距离呈现先增大后减小趋势，原因在于煤粉燃烧时会释放出大量燃料型氮氧化物，且当温度超过一定值后，温度越高，热力型氮氧化物释放量越高，而后随着氮氧化物与固定碳表明发生还原反应，以及氮氧化物的扩散，回转窑内氮氧化物的浓度又逐步降低。同时，由图3中对比氮氧化物的结果可以看出，实施例2在通入3％的氢气后，回转窑内氮氧化物的浓度明显下降，其中，最高氮氧化物浓度削减约50％，而25m平均氮氧化物浓度削减约40％。

从图4可知，两种模式下回转窑内的温度随距窑头距离呈先增大后减小趋势，原因是煤粉在窑头处燃烧，释放出大量热量，因此前部温度较高。比较两种模式，可发现一次风中通入3％的氢气使得回转窑内的温度较正常通风有所升高，尤其是距窑头12m以内，即通入一定量的可燃气体在燃烧时释放出部分热量，一定程度上增加了火焰温度。

因此，实施例2表明在窑头一次风中通入定量可燃气体，使得回转窑内温度有所升高，同时氮氧化物含量大幅削减。原因在于，可燃气体喷入回转窑内的燃烧使得回转窑内温度增加，而其燃烧消耗了部分氧气，使得煤粉挥发分燃烧和固定碳燃烧时周围氧气浓度大幅下降，析出氮氧化物量下降，而热力型氮氧化物的含量一方面因为回转窑内温度的增加而升高，另一方面因为周围氧气浓度的下降而大幅降低。总体而言，窑内氮氧化物含量呈现大幅削减。

本发明实施例的降低回转窑内氮氧化物的方法无需改变现有煅烧的其他参数，即在原有的煤粉量、供风量的基础上，仅需要在一次风或煤风中混入一定量的可燃气体即可。可燃气体燃烧时吸收周围大量氧气，从而在煤粉形成火焰内部或周围形成低氧浓度区。根据氮氧化物的生成原理，热力型氮氧化物和燃料型氮氧化物均与氧气浓度直接相关，本发明实施例通过制造火焰内部或周围的低氧浓度区，使在火焰高温区域产生的热力型氮氧化物和燃料燃烧产生的燃料型氮氧化物大幅下降。而热力型氮氧化物和燃料燃烧产生的燃料型氮氧化物是氮氧化物的主要来源。同时可燃气体燃烧时，释放的热量增强水泥熟料的煅烧效率。本发明实施例的方法避免了通过调整煤粉量和供风量来降低氧气相对浓度导致煤粉燃烧温度的降低，影响熟料正常煅烧的缺陷。

可燃气体的掺入量占一次风或煤风的比重应低于该可燃气体爆炸下限。一般来说，可燃气体的掺入量越大，NOx降低量越大。可燃气体的掺入量可根据实际情况，综合考虑NOx降低量、经济性和安全性来确定。如对于纯氢气，掺入量为0～4％，纯CO掺入量为0～12.5％，纯甲烷掺入量为0～5.2％，对于混合气体或工业气体的爆炸下限以实验、计算或文献查阅为准等。

可燃气体可以是自然或生产过程中产生的液化石油气、煤气、天然气、瓦斯、甲苯、沼气等，以及可燃的生产尾气，如炼焦尾气、高炉尾气等。可燃气体中的可燃组分可以是氢气(H₂)、一氧化碳(CO)、甲烷(CH₄)、乙烷(C2H₆)、丙烷(C₃H₈)、丁烷(C₄H₁₀)、乙烯(C₂H₄)、丙烯(C3H6)、丁烯(C₄H₈)、乙炔(C₂H₂)、丙炔(C₃H₄)、丁炔(C₄H₆)、硫化氢(H₂S)和磷化氢(PH₃)中的一种或多种气体的混合物。

本发明实施例的方法可通过如下系统实现。本发明实施例提供了一种降低回转窑内氮氧化物的系统，包括：

可燃气体供应装置，用于提供可燃气体；

流量计量装置，设置于管道上，用于计量管道内流体流量。

本发明实施例的系统结构简单，对现有设备无需大的改造，只要将提供可燃气体的装置连接风机，将可燃气体混入一次风或煤风由燃烧器喷入窑内即可。

本发明实施例中风机可以是为燃烧器提供一次风(净风)的一次风机，也可以是输送煤粉的煤风风机。可燃气体以一定的量混入一次风或煤风喷入窑内。本发明实施例中燃烧器不包括单通道燃烧器。

可燃气体供应装置可以是任何形式，只要能直接供应可燃气体给燃烧器即可，比如直接从天然气管道引入可燃气体。本实施例中可燃气体供应装置包括用于产生或储存高压可燃气体的可燃气体发生或储存装置以及与可燃气体发生或储存装置连接，将燃气体发生或储存装置提供的高压气体的压力降低或由液体转化为气态的减压或气化装置。可燃气体发生或储存装置产生或储存的可燃气体以高压气态或液化形态存在。如气体储罐。减压或气化装置用于将高压气体压力降低或液体汽化。例如汽化器等。当可燃气体由燃气公司等其他企业提供时，可燃气体发生或储存装置以及减压或气化装置部分属于供气企业，只要通过管道引入可燃气体即可。流量计量装置安装在管道上用以计量气体或液体流量的装置，可以是各类流量计。本实施例中流量计量装置设置在通往风机的管路上即可。因为在一次风或煤风的供风量已经确定的情况下，只要调整可燃气体的供应量即可得到可燃气体混入一次风或煤风中的比例。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims

1.降低回转窑内氮氧化物的方法，根据喂煤量确定供风量，其特征在于，

2.根据权利要求1所述的降低回转窑内氮氧化物的方法，其特征在于，所述可燃气体随一次风或煤风由燃烧器喷入水泥回转窑内。

3.根据权利要求2所述的降低回转窑内氮氧化物的方法，其特征在于，所述可燃气体的掺入量占一次风或煤风的比重为低于该可燃气体爆炸下限。

4.根据权利要求1所述的降低回转窑内氮氧化物的方法，其特征在于，所述可燃气体中的可燃组分为氢气(H₂)、一氧化碳(CO)、甲烷(CH₄)、乙烷(C2H₆)、丙烷(C₃H₈)、丁烷(C₄H₁₀)、乙烯(C₂H₄)、丙烯(C3H6)、丁烯(C₄H₈)、乙炔(C₂H₂)、丙炔(C₃H₄)、丁炔(C₄H₆)、硫化氢(H₂S)和磷化氢(PH₃)中的一种或多种气体的混合物。

5.根据权利要求1所述的降低回转窑内氮氧化物的方法，其特征在于，所述燃烧器不包括单通道燃烧器。

6.降低回转窑内氮氧化物的系统，其特征在于，包括：

可燃气体供应装置，用于提供可燃气体；

流量计量装置，设置于管道上，用于计量管道内流体流量。

7.根据权利要求6所述的降低回转窑内氮氧化物的系统，其特征在于，所述可燃气体供应装置包括用于产生或储存高压可燃气体的可燃气体发生或储存装置以及与可燃气体发生或储存装置连接，将燃气体发生或储存装置提供的高压气体的压力降低或由液体转化为气态的减压或气化装置。

8.根据权利要求6所述的降低回转窑内氮氧化物的系统，其特征在于，所述风机是为燃烧器提供一次风的一次风机或输送煤粉的煤风风机。

9.根据权利要求8所述的降低回转窑内氮氧化物的系统，其特征在于，所述可燃气体的掺入量占一次风风机或煤风风机送风量的比重为低于该可燃气体爆炸下限。

10.根据权利要求6所述的降低回转窑内氮氧化物的系统，其特征在于，所述可燃气体中的可燃组分为氢气(H₂)、一氧化碳(CO)、甲烷(CH₄)、乙烷(C2H₆)、丙烷(C₃H₈)、丁烷(C₄H₁₀)、乙烯(C₂H₄)、丙烯(C3H6)、丁烯(C₄H₈)、乙炔(C₂H₂)、丙炔(C₃H₄)、丁炔(C₄H₆)、硫化氢(H₂S)和磷化氢(PH₃)中的一种或多种气体的混合物。

11.根据权利要求6所述的降低回转窑内氮氧化物的系统，其特征在于，所述燃烧器不包括单通道燃烧器。