一种实现预分解窑难燃煤高效燃烧暨低NOx排放的分级燃烧技术制造技术

一种实现预分解窑难燃煤高效燃烧暨低NO

A staged combustion technology for achieving high efficiency combustion and low NOx emission in precalciner kiln

A high efficiency combustion and low NO for precalciner kiln

【技术实现步骤摘要】
一种实现预分解窑难燃煤高效燃烧暨低NOx排放的分级燃烧技术
本专利技术涉及水泥生产预分解窑低氮燃烧
，是一种实现预分解窑难燃煤高效燃烧暨低NOx排放的分级燃烧技术，该专利技术能够协同提高分解炉内难燃煤空气分级燃烧燃尽率、生料分解率及NOx还原率。
技术介绍
水泥生产作为国民经济发展不可或缺的基础性产业，耗煤量、NOx排放量巨大，仅次于火力发电行业。随着节能减排国策的强力推进和生态文明建设的实施，水泥生产节能减排工作面临着新的要求和挑战。结合国家能源利用新常态，为降低熟料烧成成本，水泥生产用煤已逐渐由高价易燃优质烟煤向低价的难燃煤(混煤、无烟煤等)转变，预分解窑系统煤质的转变引起了煤粉燃尽率低、生料分解率低、降氮成本高等一系列的亟待解决的问题。低成本实现预分解窑难燃煤的高效燃烧和低NOx排放，对推进水泥生产节能减排工作具有十分重要的意义。新型干法水泥生产过程中排放的NOx，以NO为主，主要产生于回转窑中，少量生成于分解炉中。回转窑生成的NOx随高温烟气通过窑尾烟室和上升烟道进入到分解炉中。现有水泥生产降氮技术分为烟气脱硝技术及低氮燃烧技术。其中，以选择性非催化还原技术(SNCR)为主的烟气脱硝技术脱硝成效显著，在新型干法水泥生产工艺中获得了广泛应用，然而大量还原剂(尿素、液氨)的使用不仅大幅增加了熟料生产成本，而且还增加了氨的逃逸量。分解炉空气分级低氮燃烧技术，是通过分级供风的方式将炉内分成主燃区和燃尽区实现低氮燃烧的。主燃区煤粉缺氧低温燃烧，产生还原性气氛，以抑制NOx生成，并还原烟气中的NOx，降低分解炉出口烟气中的NOx浓度，实现烟气脱硝成本的大幅降低。然而，现有的研究成果及技术应用表明，空气分级燃烧技术会导致炉内煤粉燃尽率和生料分解率一定程度地下降，且其下降程度与降氮幅度及煤种的燃烧特性紧密相关：随着降氮幅度增大，煤粉燃尽率和生料分解率下降程度更大；相同运行参数下，随着煤种燃烧特性的变差，分级燃烧降氮效果变差，煤粉燃尽率、生料分解率降幅更大。因此，协同提高分解炉内难燃煤空气分级燃烧燃尽率、生料分解率及NOx还原率，成为水泥生产节能减排工作之必须。
技术实现思路
本专利技术设计出了一种实现预分解窑难燃煤高效燃烧暨低NOx排放的分级燃烧技术，其主要目的在于协同提高分解炉内难燃煤空气分级燃烧燃尽率、生料分解率及NOx还原率，其技术方案如下：在预分解窑系统连通回转窑与分解炉的窑尾烟室上部设置一组四角切圆布置的蒸汽-煤粉喷管，通过蒸汽-煤粉喷管，将一定量的源自余热锅炉的高温高压水蒸气及一定量的分解炉用煤同步喷入到窑尾烟室内。喷入到窑尾烟室中的水蒸气与煤粉在窑尾烟室及分解炉内高温条件下发生水煤气反应，水煤气反应产物参与煤粉燃烧及NOx还原反应，协同提高了煤粉燃尽率、生料分解率以及NOx还原率。难燃煤分级燃烧技术主要燃烧反应方程式如下：①C(固)+O2(气)→CO2(气)②2C(固)+O2(气)→2CO(气)③2CO(气)+O2(气)→2CO2(气)④2H2(气)+O2(气)→2H2O(气)分解炉内煤粉燃烧生成NOx主要反应方程式如下：⑤2N+O2(气)→2NO(气)难燃煤分级燃烧技术NOx还原反应主要方程式如下：⑥2C(固)+2NO(气)→2CO(气)+N2(气)⑦C(固)+2NO(气)→CO2(气)+N2(气)⑧CO(气)+NO(气)→CO2(气)+N2(气)⑨2H2(气)+2NO(气)→2H2O(气)+N2(气)水蒸气与焦炭在高温条件下的水煤气反应方程式如下：⑩C(固)+H2O(气)→CO(气)+H2(气)预分解窑系统中，来自回转窑的高温烟气自下而上经窑尾烟室及上升烟道进入到分解炉内，水蒸气及煤粉从窑尾烟室上部设置的蒸汽-煤粉喷管喷入窑尾烟室后即与高温烟气混合，发生水煤气反应⑩，产生CO及H2，CO及H2在高温条件下遇到烟气中的NOx发生反应⑧、⑨，将烟气中的部分NOx还原成N2；同时，未参与水煤气反应⑩的焦炭在高温条件下遇到烟气中的NOx发生反应⑥、⑦，又还原了部分回转窑烟气中的NOx。蒸汽-煤粉喷管以四角切圆方式布置，能够使煤粉、水蒸气、烟气之间充分混合，利于窑尾烟室内化学反应的进行，有效减小了进入分解炉内烟气的NOx含量，减轻了分解炉空气分级燃烧技术的降氮负荷。水煤气反应⑩属于吸热反应，水蒸气及水煤气反应⑩的吸热特性，一定程度上降低了窑尾烟室内烟气的温度，有利于减少窑尾烟室结皮现象的发生。窑尾烟室内未反应的焦炭、水蒸气、CO及H2等随烟气经上升烟道进入到分解炉内，上升烟道的存在延长了水煤气反应⑩及NOx还原反应⑥、⑦、⑧、⑨进行的时间；在分解炉底部入口，上升烟气因锥体结构产生喷腾效应，使得烟气中各成分之间混合效果更好，有利于水煤气反应⑩及NOx还原反应⑥、⑦、⑧、⑨的继续进行。在分解炉底部锥体区域，上升烟气中的可燃物遇到还原风而燃烧，尤其是可燃性气体的剧烈燃烧，提高了进入分解炉主燃区的烟气温度，有利于主燃区难燃煤的着火和燃烧。分解炉空气分级燃烧技术是将入炉三次风按一定比例(约17:3)分为还原风和燃尽风两路分别送入到分解炉的主燃区及燃尽区。分解炉内，烟气中的水蒸气与煤粉在高温条件下继续发生水煤气反应⑩的同时，喷入分解炉内的煤粉及上升烟道烟气带入的可燃物遇还原风剧烈燃烧。因主燃区过剩空气系数小于1，燃烧过程在缺氧、低温条件下进行，抑制了NOx生成反应⑤的进行，分解炉内新生成的NOx量减少；未燃尽的焦炭、反应②及水煤气反应⑩的产物遇到烟气中的NOx，发生NOx还原反应⑥、⑦、⑧、⑨，进一步减少了烟气中的NOx含量。主燃区残余可燃物随烟气上升到燃尽区，遇到燃尽风后继续燃烧，使燃料尽可能地燃尽。难燃煤的挥发分含量低，煤粉的燃烧属多相反应，炭氧反应①、②需要的活化能很大，煤粉燃烧除需要足够高的温度和氧浓度条件外，还需足够高的气-固混合速度及气相扩散速度。燃烧反应①、②发生在多孔炭外表面及微孔隙的内表面上，随着反应的进行，固相界面的周围逐渐积聚了生成物惰性气幕，阻碍了氧气向炭粒表面的扩散，阻碍了未燃尽炭粒的进一步燃烧，降低了煤粉的燃烧效率，这种现象在分解炉主燃区缺氧燃烧条件下，变得更为严重。燃烧反应③、④属于均相反应，反应易于完全进行，燃烧效率高。窑尾烟室中残余水蒸气随窑尾烟气进入到分解炉内的主燃区，与分解炉内焦炭粒子继续发生水煤气反应⑩，使得炉内部分焦炭粒子气化，产生CO及H2，这样，后续的部分燃烧反应就由多相反应①、②转变为了均相反应③、④，从而提高了难燃煤的燃烧效率；H2及水蒸气的扩散系数均高于CO及CO2，其存在能增强焦炭表面的烟气扩散能力，有利于炭氧接触和快速燃烧；水煤气反应⑩过程中产生的自由氢基及其遇氧时产生的氢氧基连锁反应刺激物，能降低炭和CO燃烧反应①、②、③的活化能，引起炭和CO的连锁反应和分支连锁反应，加快了燃烧速度，利于燃烧的充分进行和燃烧效率的提高。综上所述，在预分解窑系统窑尾烟室引入水蒸气及煤粉，能够改善分解炉空气分级燃烧技术的煤粉燃尽性能，提高难燃煤的燃烧效率，并使生料分解率得到了相应的提高。所述的高温高压水蒸气源自新型干法水泥生产线的余热锅炉，无需另增供汽设备，该技术的应用成本极低。所述的蒸汽-煤粉喷管按四角切圆方式布置，能够使煤粉、水蒸气、烟气在窑尾烟室上部区域充分混合，有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种实现预分解窑难燃煤高效燃烧暨低NO

【技术特征摘要】
1.一种实现预分解窑难燃煤高效燃烧暨低NOx排放的分级燃烧技术，其主要特征是：在预分解窑系统连通回转窑与分解炉的窑尾烟室上部设置一组蒸汽-煤粉喷管，通过蒸汽-煤粉喷管，将一定量的源自预分解窑系统余热锅炉的高温高压水蒸气及一定量的分解炉用煤同步喷入到窑尾烟室内。2.如权利要求1所述的一种实现预分解窑难燃煤高效燃烧暨低NOx排放的分级燃烧技术，其特征在于：在高温的窑尾烟室、上升烟道及分解炉内，水蒸气与煤粉会发生水煤气反应，水煤气反应产物参与煤粉燃烧及NOx还原反应，协同提高了煤粉燃尽率、NOx还原...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐顺生，闫文滨，赵冬勇，龙绪功，罗洁，赵鹏飞，刘乐乐，刘小宇，刘明伟，樊学农，贺家臻，徐泉华，周进军，罗琼珍，赵梅青，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43