[发明专利]一种分解炉分区组织燃烧自脱硝系统及工艺

说明书

本发明公开了一种分解炉分区组织燃烧自脱硝系统及工艺，在窑尾烟室与分解炉之间设窑气烟道，窑气烟道的入炉口与分解炉侧面连接，三次风下支管与分解炉锥体底部连接，在分解炉截面上形成中心浓氧区和外围淡氧区的横向分区燃烧环境；三次风上支管与分解炉柱体中部连接，窑气烟道内为强还原区，三次风上支管以下分解炉内空间为弱还原区，三次风上支管以上分解炉内空间为燃烬区，形成强还原区‑弱还原区‑燃烬区相结合的纵向梯度燃烧环境。横向分区燃烧环境通过使三次风从分解炉底部中心纵向向上进风，烟气从分解炉侧面蜗壳式切向旋转进风实现；纵向分级燃烧环境通过燃料分级喂入和三次风分风实现。本发明整体上实现分区组织燃烧自脱硝，提高自脱硝效率。

技术领域

本发明涉及水泥工业烟气脱硝技术领域，特别是涉及一种分解炉分区组织燃烧自脱硝系统及工艺。

背景技术

分解炉是水泥生产工艺过程中的关键设备。水泥生料中主要成分为碳酸钙，在分解炉内水泥生料中的碳酸盐分解为氧化物，为后续回转窑内熟料烧结反应提供了基础。由于碳酸盐分解需吸收大量的热量，分解炉内需喂入一定的燃料来供应。一般而言，分解炉内燃料占整个水泥熟料煅烧过程中燃料消耗的60％左右。分解内燃料燃烧的状况直接影响整个生产系统的产品能耗，同时分解炉对物料的分解将直接影响回转窑的物料煅烧的质量，从而影响水泥熟料的产量和质量。

现有的分解炉有多种形式，典型的炉型有在线型分解炉和离线型分解炉。在线型分解炉中，出窑烟气往往从分解炉底部进入炉内，燃烧空气(从篦冷机回收的高温三次风)从分解炉锥体或柱体进入炉内。在离线型分解炉中，出窑烟气直接进入预热器，不进入分解炉内。相对于离线型分解炉，在线型分解炉运行工况稳定，是目前主流的分解炉型式。

氮氧化物是化石燃料与空气在高温燃烧时产生的气体，具有很强的毒性。氮氧化物排放影响大气质量，对人类生存环境与健康有严重的危害。水泥工业是居火力发电、汽车尾气之后的第三大氮氧化物排放大户。水泥烟气中的NOx主要是回转窑和分解炉内燃料燃烧过程中产生的，其中以回转窑内产生的NOx为主。水泥回转窑内NOx的类型主要为热力型NOx，即高温下助燃空气中的N₂氧化产生的NOx。原苏联科学家Zeldovich提出热力型NOx的生成反应经验公式为：

当燃烧过程中，烟气温度越高，热力学NOx的生成速度越快。水泥熟料的煅烧温度一般高达1350～1450℃，出窑烟气中NOx的浓度往往较高，一般为800～1500ppm。回转窑烟气出窑后通过窑尾烟室进入分解炉，降低出窑烟气中NOx浓度对于整体上提高自脱硝效率非常重要。为了加强环境保护，积极控制氮氧化物排放，制定了严格的排放标准。目前，国内外水泥行业大多采用选择性非催化还原(SNCR)脱硝或者选择性催化还原(SCR)脱硝技术。采用SNCR技术或SCR技术，通过外加脱硝还原剂(一般为氨水、尿素等氨基还原剂)还原烟气中NOx，具有脱硝效率高，技术成熟可靠等优点，但一次性投资高，生产过程中消耗还原剂，带来了额外的环保治理成本。

燃料燃烧自脱硝技术为在不外加脱硝还原剂的条件下，利用控制燃料燃烧特性参数，通过燃烧过程中形成的中间产物抑制NOx形成的燃烧技术。目前，燃料燃烧自脱硝技术有空气分级燃烧技术和燃料分级燃烧技术。空气分级燃烧技术利用入炉三次风分级喂入，在分解炉柱段形成贫氧燃烧区，可抑制分解炉燃料自身燃烧产生的NOx，但是所形成的贫氧燃烧区过氧系数仍然较高，整体脱硝效果欠佳。燃料分级燃烧技术利用入分解炉燃料分级喂入，在分解炉锥部形成贫氧燃烧区域，可有效降低出回转窑烟气中的NOx，但是降低幅度一般仅为30％左右，限制脱硝效率提升的主要原因为脱硝反应时间的不足，受在线型分解炉设备空间的限制，脱硝反应的停留时间较短，且难以抑制分解炉燃料自身燃烧产生NOx。

还原气氛下的脱硝反应主要为：CO+NO→N₂+CO₂。