【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于节能环保，具体涉及大比例使用替代燃料耦合富氧和分级燃烧的水泥窑系统。
技术介绍
1、目前我国水泥工业替代燃料的使用比例相对较低，基本维持在热替代率5％左右的范围，水泥工业无法大规模使用替代燃料的除了供应链的因素以外，针对系统运行主要制约因素在于，替代燃料的来源途径广、成分复杂、热值低、含水量、碱金属和氯元素含量多。大规模使用会引起窑炉运行工况的剧烈波动，以及燃料的不完全燃烧，造成熟料减产，替代燃料使用量降低和窑尾烟气排放中一氧化碳、氮氧化物和二氧化硫的超标。
2、现阶段水泥窑系统应对污染物排放高、运行工况不稳定、熟料减产、替代燃料使用量降低等问题的主要做法和措施，一方面是采用具有分级燃烧技术效果的分解炉，通过在分解炉营造氧气浓度低、一氧化碳浓度高的还原氛围区域，可以还原回转窑中的由于煤粉剧烈燃烧生成的氮氧化物；另一方面，使用窑头富氧燃烧技术，通过提高一次风氧气浓度，将煤粉燃烧的对流传热方式进一步补充添加到辐射传热方式，提到传热效率，降低单位煤耗增加熟料产量。
3、采用这两种技术虽然能够有效降低污染物排放，提高台产，但是当水泥窑添加大量替代燃料时，替代燃料的不完全燃烧会破坏分级燃烧效果，造成窑炉还原性区域扩大，燃烧工况波动变大等问题。传统的水泥窑富氧燃烧基本在窑头使用，对与分解炉的提升作用仅仅存在于提高三次风温和三次风量，无法直接对分解炉内大量使用替代燃料的燃烧工况起到显著的提升作用。常规的分级燃烧和富氧燃烧技术无法胜任目前替代燃料大规模工业化使用的形势。
技术实现
1、本专利技术的目的是提供大比例使用替代燃料耦合富氧和分级燃烧的水泥窑系统，用于解决现有技术总当替代燃料大规模投加时，水泥窑系统的分解炉内燃烧工况会明显恶化，并且难以与富氧燃烧和分级燃烧技术结合的技术问题。
2、所述的大比例使用替代燃料耦合富氧和分级燃烧的水泥窑系统，包括循环流化床系统、分解炉、回转窑和篦冷机，所述循环流化床系统用于处理替代燃料形成半气化气和气化气，所述回转窑的窑尾连接所述分解炉的底部，所述回转窑的窑头还通过三次风管向所述分解炉内输送三次风，所述分解炉被下部缩口和上部缩口由上至下分为三段，所述分解炉底部设有锥部，所述水泥窑的窑尾烟室到所述锥部的喷煤管之间设有底部气化气喷管，所述分解炉的中段上部设有上部气化气喷管，所述底部气化气喷管和所述上部气化气喷管均连接到所述循环流化床系统的气化气出口用于喷入替代燃料生成的气化气；所述分解炉的下段上部设有半气化气喷管，所述半气化气喷管连接到所述循环流化床系统的半气化气出口用于喷入替代燃料生成的半气化气。
3、优选的，分解炉的锥部通过底部气化气喷管喷入气化气，分解炉的中段通过上部气化气喷管喷入气化气，半气化气喷管在分解炉的下段喷入半气化气的位置位于煤粉富氧燃烧器与所述下部缩口之间，在焦炭的剧烈燃烧区喷入半气化气。
4、优选的，底部气化气喷管和半气化气喷管均采用切圆形式布置，切圆形式布置即在水平方向上形成相应的气体供应平面，在所述气体供应平面上设置若干喷管，所述喷管的喷气方向为气体供应平面上炉体侧壁的切向，若干喷管均以所述分解炉的炉体中心为中心进行中心对称布置；上部气化气喷管在所述分解炉中径向设置，在竖直方向上所述喷管与所述炉体的轴线间存在倾角，所述喷管喷出物料的高度高于设置喷管的气体供应平面，同时所述喷管喷出物料在水平方向的旋转方向与炉内气流的旋转方向一致。
5、优选的，所述半气化气喷管为套筒式燃烧器，包括内管部和套在所述内管部之外的外管部，所述内套筒用于喷出半气化气，所述外套筒用于喷出氧气或富氧空气。
6、优选的，所述上部缩口和所述下部缩口两处位置均设有相应的喷氧管，分别为上部喷氧管和下部喷氧管；所述三次风管连接在所述锥部上方，所述三次风管与所述锥部上方的连接口处设有三次风喷氧管用于经所述连接口朝所述锥部内喷入氧气。
7、优选的，所述分解炉的上段上部设有烟气分析监测装置一，在所述上部缩口下方设置有烟气分析监测装置二，两个烟气分析监测装置均用于检测o2、co和nox的浓度；当烟气分析监测装置二检测到co浓度不小于阈值，则表示分解炉内出现分解炉内的氧气不足，同时增加下部喷氧管和上部喷氧管氧气的氧气供应量，将未燃尽的可燃物充分燃烧；当任一烟气分析监测装置检测到nox浓度不小于阈值时，则表示分解炉燃烧过程出现局部高温区，此时所述上部气化气喷管将气化气在此位置喷入，起到还原nox的作用；当烟气分析监测装置二检测到o2浓度不小于5％时，同样也要降低下部喷氧管的氧气供应量。
8、优选的，循环流化床系统包括循环流化床、一级旋风分离器、二级旋风分离器、半气化气检测设备和气化气检测设备，所述循环流化床设有替代燃料进料口、煤粉进料口、替代燃料底渣排渣通道以及位于上部的出气通道，所述出气通道连通所述一级旋风分离器，所述一级旋风分离器上部的排气通道连通所述二级旋风分离器，所述排气通道上设有半气化气出口和两级旋风分离器阀门，两级旋风分离器阀门位于半气化气出口与所述二级旋风分离器之间，所述半气化气检测设备设于所述半气化气出口处，所述二级旋风分离器上部的出气口为气化气出口并设有所述气化气检测设备；所述二级旋风分离器的底部通道经所述一级旋风分离器的底部通道连通到所述循环流化床的下部。
9、优选的，所述循环流化床的底部连接有三次风支管和进气管，所述三次风支管具有阀门以及连接到所述三次风管上的入口，所述进气管设有三个进气支管，三个进气支管分别为脱氯剂供应管、水蒸汽供应管和氧气供应管，三个进气支管上均设有阀门，氧气供应管连接到氧气风机。
10、优选的，半气化气检测设备用于检测可燃气热值、可燃气组分、未燃尽焦炭的颗粒物粒径尺寸，气化气检测设备均用于检测可燃气热值和可燃气组分；气化效率为输出气化气热量与输入替代燃料热量的比值，不包括输出焦炭的热量；向循环流化床内供应气体的过程如下：常规情况下，一部分来自于三次风管中的高温三次风通过三次风支管送入到循环流化床底部，富氧空气从所述进气管供入循环流化床底部，通过调控三次风量和富氧空气量的送入到循环流化床的比例，从整体来看三次风和富氧空气充分混合后，供入气体的氧气浓度基本处于40％-60％，过量空气系数为0.2-0.5；当监测到循环流化床出口的气化气热值低于阈值且气化效率低于阈值时，说明循环流化床热解气化工况不佳，在此情况下选用水泥窑余热锅炉汽包中的饱和蒸气作为气化剂从循环流化床底部供入，从而提高气化剂热值；当出口的气化气热值大于阈值且气化效率高于阈值时，停止水蒸汽供应。
11、优选的，制氧装置制取80％浓度氧气后通过混氧装置，形成35％左右氧气浓度的富氧空气，输入回转窑在窑头位置以替代窑头一次风；富氧空气与煤粉一同送入窑头燃烧器，形成回转窑富氧燃烧。
12、本专利技术具有以下优点：本专利技术利用循环流化床系统实现的替代燃料处置量能替代分解炉内50％的煤粉，达到大比例使用替代燃料的需求。其中，替代燃料在炉内实际进行的是在富氧氛围下的部分热解气化本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.大比例使用替代燃料耦合富氧和分级燃烧的水泥窑系统，其特征在于：包括循环流化床系统(3)、分解炉(1)、回转窑(2)和篦冷机(7)，所述循环流化床系统(3)用于处理替代燃料形成半气化气和气化气，所述回转窑(2)的窑尾连接所述分解炉(1)的底部，所述回转窑(2)的窑头还通过三次风管(4)向所述分解炉(1)内输送三次风，所述分解炉(1)被下部缩口(102)和上部缩口(101)由上至下分为三段，所述分解炉(1)底部设有锥部(103)，所述水泥窑的窑尾烟室到所述锥部(103)的喷煤管(110)之间设有底部气化气喷管(105)，所述分解炉(1)的中段上部设有上部气化气喷管(106)，所述底部气化气喷管(105)和所述上部气化气喷管(106)均连接到所述循环流化床系统(3)的气化气出口用于喷入替代燃料生成的气化气；所述分解炉(1)的下段上部设有半气化气喷管(104)，所述半气化气喷管(104)连接到所述循环流化床系统(3)的半气化气出口用于喷入替代燃料生成的半气化气。
2.根据权利要求1所述的大比例使用替代燃料耦合富氧和分级燃烧的水泥窑系统，其特征在于：分解炉(1)的锥部(10
3.根据权利要求1所述的大比例使用替代燃料耦合富氧和分级燃烧的水泥窑系统，其特征在于：底部气化气喷管(105)和半气化气喷管(104)均采用切圆形式布置，切圆形式布置即在水平方向上形成相应的气体供应平面，在所述气体供应平面上设置若干喷管，所述喷管的喷气方向为气体供应平面上炉体侧壁的切向，若干喷管均以所述分解炉(1)的炉体中心为中心进行中心对称布置；上部气化气喷管(106)在所述分解炉(1)中径向设置，在竖直方向上所述喷管与所述炉体的轴线间存在倾角，所述喷管喷出物料的高度高于设置喷管的气体供应平面，同时所述喷管喷出物料在水平方向的旋转方向与炉内气流的旋转方向一致。
4.根据权利要求1所述的大比例使用替代燃料耦合富氧和分级燃烧的水泥窑系统，其特征在于：所述半气化气喷管(104)为套筒式燃烧器，包括内管部和套在所述内管部之外的外管部，所述内套筒用于喷出半气化气，所述外套筒用于喷出氧气或富氧空气。
5.根据权利要求1所述的大比例使用替代燃料耦合富氧和分级燃烧的水泥窑系统，其特征在于：所述上部缩口(101)和所述下部缩口(102)两处位置均设有相应的喷氧管，分别为上部喷氧管(107)和下部喷氧管(108)；所述三次风管(4)连接在所述锥部(103)上方，所述三次风管(4)与所述锥部(103)上方的连接口处设有三次风喷氧管(401)用于经所述连接口朝所述锥部(103)内喷入氧气。
6.根据权利要求1所述的大比例使用替代燃料耦合富氧和分级燃烧的水泥窑系统，其特征在于：所述分解炉(1)的上段上部设有烟气分析监测装置一(112)，在所述上部缩口(101)下方设置有烟气分析监测装置二(113)，两个烟气分析监测装置均用于检测O2、CO和NOx的浓度；当烟气分析监测装置二(113)检测到CO浓度不小于阈值，则表示分解炉(1)内出现分解炉(1)内的氧气不足，同时增加下部喷氧管(108)和上部喷氧管(107)氧气的氧气供应量，将未燃尽的可燃物充分燃烧；当任一烟气分析监测装置检测到NOx浓度不小于阈值时，则表示分解炉(1)燃烧过程出现局部高温区，此时所述上部气化气喷管(106)将气化气在此位置喷入，起到还原NOx的作用；当烟气分析监测装置二(113)检测到O2浓度不小于5％时，同样也要降低下部喷氧管(108)的氧气供应量。
7.根据权利要求1-6中任一所述的大比例使用替代燃料耦合富氧和分级燃烧的水泥窑系统，其特征在于：循环流化床系统(3)包括循环流化床(301)、一级旋风分离器(302)、二级旋风分离器(303)、半气化气检测设备(311)和气化气检测设备(312)，所述循环流化床(301)设有替代燃料进料口(305)、煤粉进料口(304)、替代燃料底渣排渣通道(306)以及位于上部的出气通道(307)，所述出气通道(307)连通所述一级旋风分离器(302)，所述一级旋风分离器(302)上部的排气通道(308)连通所述二级旋风分离器(303)，所述排气通道(308)上设有半气化气出口和两级旋风分离器阀门(309)，两级旋风分离器阀门(309)位于半气化气出口与所述二级旋风分离器(303)之间，所述半气化气检测设备(311)设于所述半气化气出口处，所述二级旋风分离器(303)上部的出...
【技术特征摘要】
1.大比例使用替代燃料耦合富氧和分级燃烧的水泥窑系统，其特征在于：包括循环流化床系统(3)、分解炉(1)、回转窑(2)和篦冷机(7)，所述循环流化床系统(3)用于处理替代燃料形成半气化气和气化气，所述回转窑(2)的窑尾连接所述分解炉(1)的底部，所述回转窑(2)的窑头还通过三次风管(4)向所述分解炉(1)内输送三次风，所述分解炉(1)被下部缩口(102)和上部缩口(101)由上至下分为三段，所述分解炉(1)底部设有锥部(103)，所述水泥窑的窑尾烟室到所述锥部(103)的喷煤管(110)之间设有底部气化气喷管(105)，所述分解炉(1)的中段上部设有上部气化气喷管(106)，所述底部气化气喷管(105)和所述上部气化气喷管(106)均连接到所述循环流化床系统(3)的气化气出口用于喷入替代燃料生成的气化气；所述分解炉(1)的下段上部设有半气化气喷管(104)，所述半气化气喷管(104)连接到所述循环流化床系统(3)的半气化气出口用于喷入替代燃料生成的半气化气。
2.根据权利要求1所述的大比例使用替代燃料耦合富氧和分级燃烧的水泥窑系统，其特征在于：分解炉(1)的锥部(103)通过底部气化气喷管(105)被喷入气化气，分解炉(1)的中段通过上部气化气喷管(106)喷入气化气，半气化气喷管(104)在分解炉(1)的下段喷入半气化气的位置位于喷煤点与所述下部缩口(102)之间，在焦炭的剧烈燃烧区喷入半气化气。
3.根据权利要求1所述的大比例使用替代燃料耦合富氧和分级燃烧的水泥窑系统，其特征在于：底部气化气喷管(105)和半气化气喷管(104)均采用切圆形式布置，切圆形式布置即在水平方向上形成相应的气体供应平面，在所述气体供应平面上设置若干喷管，所述喷管的喷气方向为气体供应平面上炉体侧壁的切向，若干喷管均以所述分解炉(1)的炉体中心为中心进行中心对称布置；上部气化气喷管(106)在所述分解炉(1)中径向设置，在竖直方向上所述喷管与所述炉体的轴线间存在倾角，所述喷管喷出物料的高度高于设置喷管的气体供应平面，同时所述喷管喷出物料在水平方向的旋转方向与炉内气流的旋转方向一致。
4.根据权利要求1所述的大比例使用替代燃料耦合富氧和分级燃烧的水泥窑系统，其特征在于：所述半气化气喷管(104)为套筒式燃烧器，包括内管部和套在所述内管部之外的外管部，所述内套筒用于喷出半气化气，所述外套筒用于喷出氧气或富氧空气。
5.根据权利要求1所述的大比例使用替代燃料耦合富氧和分级燃烧的水泥窑系统，其特征在于：所述上部缩口(101)和所述下部缩口(102)两处位置均设有相应的喷氧管，分别为上部喷氧管(107)和下部喷氧管(108)；所述三次风管(4)连接在所述锥部(103)上方，所述三次风管(4)与所述锥部(103)上方的连接口处设有三次风喷氧管(401)用于经所述连接口朝所述锥部(103)内喷入氧气。
6.根据权利要求1所述的大比例使用替代燃料耦合富氧和分级燃烧的水泥窑系统，其特征在于：所述分解炉(1)的上段上部设有烟气分析监测装置一(112)，在所述上部缩口(101)下方设置有烟气分析监测装置二(113)，两个烟气分析监测装置均用于检测o2、co和nox的浓度；当烟气分析监测装置二(113)检测到co浓度不小于阈值，则表示分解炉(1)内出现分解炉(1)内的氧气不足，同时增加下部喷氧管(108)和上部喷氧管(107)氧气的氧气供应量，将未燃尽的可燃物充分燃烧；...
【专利技术属性】
技术研发人员：夏贤清，王成鑫，陈奇，刘志祥，董继远，夏志豪，
申请(专利权)人：三碳安徽科技研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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