CN109111136A - 水泥窑低质煤高效燃烧系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种水泥窑低质煤高效燃烧系统及方法，属于低质煤燃烧设备技术领域。该方法水泥窑使用低质煤高效燃烧、降低排放的方法和系统，在窑头采用富氧燃烧技术，在窑尾采用煤气化技术将低质煤在分解炉外气化处理成煤气，通入分解炉内高效燃烧，并通过煤气还原脱硝技术降低排放；系统由制氧系统、富氧燃烧系统、煤气化系统、煤气化进风系统、煤气化进料系统、蒸汽供应系统、煤气输送系统、辅助系统及电控系统等组成，能实现低质煤向易燃优质燃料煤气的品质提升和水泥窑烟气降低排放的双重有益效果。
Description
技术领域
本发明涉及低质煤燃烧设备技术领域，具体涉及一种水泥窑低质煤高效燃烧系统及方法。
背景技术
我国水泥窑熟料煅烧使用的燃料主要是高热值(≧5000kcal/kg)、高挥发份(≧25％)的烟煤，但我国煤炭资源的地区分布很不均匀，大量的优质煤炭集中在华北、西北及中南的部分地区，而其他地区储量相对有限，且大多为低质煤。若能利用低质煤(指无烟煤、贫煤及褐煤)代替烟煤煅烧水泥熟料，可大大降低水泥成本，提高水泥厂的经济效益。国内外各大水泥设备制造商或水泥设计院设计开发了用于燃烧无烟煤的分解炉，这些炉型各有特点，其复杂程度、阻力指标、操作控制要求各不相同，对煤质的适应性也有差异，尚无一种能针对大多数低质煤的通用技术。
近年来国家对环保问题的越来越重视，继火电行业脱硝工作大规模推广后，我国正在推进以水泥行业为主的氮氧化物排放控制。目前水泥企业必须采用脱硝后处理技术(如SNCR选择性非催化还原)才能实现企业满足国家制定的排放标准，未来随着排放标准越来越严格，还必须增加如SCR选择性催化还原等高效脱硝技术，并加重企业生产成本。
因此，如何使用低质煤降低生产成本、保持窑系统稳定运行并保证熟料生产质量，同时还能降低排放有利于环保是水泥企业亟需解决的两个问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可利用低质煤代替烟煤等高效煤煅烧水泥的低质煤燃烧系统及方法，以解决上述背景技术中存在的技术问题。
为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：
一方面，本发明提供的一种水泥窑低质煤高效燃烧系统，包括电气控制系统、分解炉和窑头燃烧器，所述分解炉和所述窑头燃烧器通过三次风管道和回转窑连通，所述窑头燃烧器的进口连通有一制氧系统，所述三次风管道连通有煤气化炉，所述煤气化炉通过主煤气管道和还原煤气管道分别连通所述分解炉炉身和分解炉炉底；所述煤气化炉通过进料管道连通煤粉供应系统，所述煤气化炉通过蒸汽管道连通蒸汽制备系统。
优选的，所述的制氧系统包括氧气制备系统和氧气/空气混合系统。
优选的，所述的煤气化炉与所述进料管道间设有气化炉燃料喷嘴，所述煤气化炉与所述三次风管道之间以及所述煤气化炉与所述蒸汽管道之间均设有气化剂喷嘴。
优选的，所述主煤气管道、所述还原煤气管道、所述进料管道和所述蒸汽管道上均设有流量计。
优选的，所述煤气化炉上还设有压力表和温度计。
另一方面，本发明提供一种水泥窑低质煤高效燃烧方法，该方法包括如下流程步骤：
通过进料管道将煤粉供应系统供应的煤粉通入煤气化炉内；
三次风管道中的高温三次风通入煤气化炉内；
通过蒸汽管道将蒸汽制备系统制备的蒸汽通入煤气化炉内；
利用高温三次风及蒸汽作为气化剂将煤粉气化为煤气；
煤气通过主煤气管道和还原煤气管道分别进入分解炉炉身和分解炉炉底；
通过制氧系统生产氧气，将氧气与空气利用氧气/空气混合系统混合成富氧空气通入窑头燃烧器，助燃喷入的煤粉。
优选的，所述的制氧系统为深冷法制氧系统、变压吸附法制氧系统或膜分离制氧系统中的一种。
优选的，所述的窑头燃烧器为单通道燃烧器或多通道燃烧器。
优选的，所述的还原煤气管道分别连通所述分解炉的底锥、窑尾烟室和回转窑尾。
优选的，所述的气化炉为固定床式气化炉、流化床式气化炉或气流床式气化炉中的一种。
本发明有益效果：
1、实现了低质煤的高效燃烧：窑头使燃料在富氧中充分燃烧，提高煅烧火焰温度100-200℃，促进低质煤的充分燃烧，加大了低值煤种在窑头的应用范围，窑尾采用煤气化技术，气化过程不受低质煤具有的热值低、挥发分低和灰分高等特点影响，将低质煤气化煤气，煤气相对于低质煤极易燃烧，通入分解炉内部可充分燃烧，实现低质煤向易燃优质燃料煤气提升品质的有益效果。
2、实现了水泥窑烟气的低排放：分解炉前气化炉内为缺氧还原气氛，燃料型NOx无法生成；气态煤气进入分解炉后很快扩散，与高温三次风形成无焰燃烧，温度均匀可控，抑制了分解炉内热力型NOx的生成；煤气中还富含CO和H2等强还原性成分，通入分解炉底部，将窑头来烟气中的NOx全部还原为N2，又实现降低窑头烟气排放的目的。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例所述的传统水泥窑煤粉燃烧系统结构图。
图2为本发明实施例所述的水泥窑低质煤高效燃烧系统结构原理图。
其中：1-分解炉；2-分解炉炉底；3-三次风管道；4-回转窑；5-窑头燃烧器；6-制氧系统；7-煤气化炉；8-进料管道；9-煤气化炉三次风管道；10-蒸汽管道；11-主煤气管道；12-还原煤气管道。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的模块。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或模块，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、模块和/或它们的组。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例做进一步的解释说明，且实施例并不构成对本发明实施例的限定。
本领域普通技术人员应当理解的是，附图只是一个实施例的示意图，附图中的部件或装置并不一定是实施本发明所必须的。
实施例
如图1所示，为传统的水泥窑煤粉燃烧系统，本系统由分解炉1、分解炉炉底2、三次风管道3、回转窑4、窑头燃烧器5组成。其中分解炉1内喷入60-65％的煤粉量，由三次风管道3引入助燃高温风燃烧，供给生料预分解的吸热量；分解炉炉底2将回转窑4的热烟气引入分解炉1；窑头燃烧器5喷入35-40％的煤粉量燃烧，供给生料煅烧成熟料的吸热量；此时，窑头燃烧器5和分解炉1喷入的煤粉都必须是优质烟煤，发热值不低于5000kcal/kg、挥发份不低于25％。
如图2所示，本发明实施例提供一种改进型水泥窑低质煤高效燃烧系统，本改进型系统由分解炉1、分解炉炉底2、三次风管道3、回转窑4、窑头燃烧器5、制氧系统6、煤气化炉7、煤气化炉进料管道8、煤气化炉三次风管道9、气化炉进蒸汽管道10、气化炉主煤气管道11、气化炉还原煤气管道12组成。
所述的窑头部分流程：通过制氧系统6生产氧气，将氧气与空气混合成富氧空气通入窑头燃烧器5，助燃喷入的35-40％煤粉量。
所述的窑尾部分流程：原来喷入分解炉1内的60-65％的煤粉改为通过煤气化炉进料管道8提前喷入煤气化炉7，三次风管道3中的部分高温三次风通过气化炉进三次风管道9引至气化炉7，水蒸气通过气化炉进蒸汽管道10引至气化炉7，在气化炉7内高温三次风和水蒸气作为气化剂将煤粉气化为煤气，煤气通过气化炉主煤气管道11和气化炉还原煤气管道12分别进入分解炉1和分解炉炉底2，供给分解炉燃烧和还原窑头烟气使用。
在本发明具体实施例中，使得窑头燃烧器5和分解炉1喷入的煤粉可以为低质煤，发热值可以低于5000kcal/kg、挥发份可以低于25％。
在本发明具体实施例中，所述的制氧系统可以为深冷法、变压吸附法及膜分离等各类制氧系统。氧气制备系统是指采用包括深冷法制氧、变压吸附法制氧、膜分离工艺制氧等各种方法制取工业用氧气的系统。氧气/空气混合系统由空气风机、氧含量检测仪、空气管道、氧气管道及控制阀门组成，与氧气制备系统通过氧气管道连接，根据需要的氧含量来控制氧气/空气的混合比例，实现氧气和空气混合的具体连接方式为本领域现有技术，本领域技术人员可清楚了解上述氧气/空气混合系统的各个部件如何连接，以实现氧气和空气的混合，满足下游生产工艺需求。
在本发明具体实施例中，所述的窑头燃烧器可以为单通道燃烧器、多通道燃烧器等各类燃烧器。
在本发明的具体实施例中，所述的气化炉可以为固定床、流化床、气流床等各类气化炉。
在本发明的一个具体实施例中，所述的气化剂可以为单独的高温三次风、水蒸气、CO2及各类气体的混合气。
在本发明的一个实施例中，所述的气化炉还原煤气管道可以进入分解炉的底锥、窑尾烟室和回转窑尾部等位置。
在本发明的一个具体实施例中，所述的窑头可以采用气化炉将35-40％的煤粉先气化为煤气再供给窑头燃烧器使用，而不再采用富氧燃烧系统。
综上所述，本发明实施例所述的水泥窑低质煤高效燃烧系统，窑头部分采用制氧技术提供70％-90％氧浓度的氧源，再通过混氧技术制备成25％-40％氧浓度的富氧空气，然后作为回转窑窑头燃烧器的一次风和送煤风起到富氧局部助燃作用，并配合燃烧器的相应改造、优化操作的综合控制技术。窑尾分解炉前设置气化炉，窑尾煤粉不再进入分解炉燃烧器而是进入气化炉，在气化炉内引入部分高温三次风作为气化剂，将煤粉在气化炉内气化为含CO、H2、CO2、N2、灰渣、残炭等成份的煤气。将煤气中的纯气相部分引出至分解炉底部，其中的CO和H2会将窑头来的烟气中的NOx还原为N2；将其余煤气引出至分解炉，遇见其余高温三次风燃烧放热供生料分解用。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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，可轻易想到的变化或替换，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该以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种水泥窑低质煤高效燃烧系统，包括电气控制系统、分解炉(1)和窑头燃烧器(5)，所述分解炉(1)和所述窑头燃烧器(5)通过三次风管道(3)和回转窑(4)连通，其特征在于：所述窑头燃烧器(5)的进口连通有一制氧系统(6)，所述三次风管道(3)通过煤气化炉三次风管道(9)连通有煤气化炉(7)，所述煤气化炉(7)通过主煤气管道(11)和还原煤气管道(12)分别连通所述分解炉炉身和分解炉炉底(2)；所述煤气化炉(7)通过进料管道(8)连通煤粉供应系统，所述煤气化炉(7)通过蒸汽管道(10)连通蒸汽制备系统。
2.根据权利要求1所述的水泥窑低质煤高效燃烧系统，其特征在于，所述的制氧系统包括氧气制备系统和氧气/空气混合系统。
3.根据权利要求1所述的水泥窑低质煤高效燃烧系统，其特征在于，所述的煤气化炉与所述进料管道间设有气化炉燃料喷嘴，所述煤气化炉与所述三次风管道之间以及所述煤气化炉与所述蒸汽管道之间均设有气化剂喷嘴。
4.根据权利要求3所述的水泥窑低质煤高效燃烧系统，其特征在于：所述主煤气管道、所述还原煤气管道、所述进料管道和所述蒸汽管道上均设有流量计。
5.根据权利要求4所述的水泥窑低质煤高效燃烧系统，其特征在于：所述煤气化炉上还设有压力表和温度计。
6.一种水泥窑低质煤高效燃烧方法，其特征在于，该方法包括如下流程步骤：
通过进料管道将煤粉供应系统供应的煤粉通入煤气化炉内；
三次风管道中的高温三次风通入煤气化炉内；
通过蒸汽管道将蒸汽制备系统制备的蒸汽通入煤气化炉内；
利用高温三次风及蒸汽作为气化剂将煤粉气化为煤气；
煤气通过主煤气管道和还原煤气管道分别进入分解炉炉身和分解炉炉底；
通过制氧系统生产氧气，将氧气与空气利用氧气/空气混合系统混合成富氧空气通入窑头燃烧器，助燃喷入的煤粉。
7.根据权利要求6所述的水泥窑低质煤高效燃烧方法，其特征在于，所述的制氧系统为深冷法制氧系统、变压吸附法制氧系统或膜分离制氧系统中的一种。
8.根据权利要求6所述的水泥窑低质煤高效燃烧方法，其特征在于，所述的窑头燃烧器为单通道燃烧器或多通道燃烧器。
9.根据权利要求6所述的水泥窑低质煤高效燃烧系统，其特征在于，所述的还原煤气管道分别连通所述分解炉的底锥、窑尾烟室和回转窑尾。
10.根据权利要求6所述的水泥窑低质煤高效燃烧系统，其特征在于，所述的气化炉为固定床式气化炉、流化床式气化炉或气流床式气化炉中的一种。
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