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CN111587143B - 减少在材料热处理时的废气有害物质 - Google Patents

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CN111587143B CN201880086165.1A CN201880086165A CN111587143B CN 111587143 B CN111587143 B CN 111587143B CN 201880086165 A CN201880086165 A CN 201880086165A CN 111587143 B CN111587143 B CN 111587143B
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Abstract

本发明涉及一种用于减少材料热处理、尤其熟料制造的废气中的有害物质的方法，其中废气在进入除尘装置时具有大于或等于150℃的温度，本发明还涉及相应的设备，并涉及将引导通过磨机旁路的炉废气的热能量含量用于加热其它废气流，尤其加热从粗磨机中排出的废气的用途。

Description

减少在材料热处理时的废气有害物质
技术领域
本发明涉及用于减少材料热处理、优选熟料制造时的废气中的有害物质的方法，以及相应的设备和用途。
背景技术
如今，水泥窑通常以高替代燃料速率被点火。这导致在预热器后的废气温度升高到高达400℃以上。废热通常在粗磨机中用于材料干燥。如果原料的湿度相当低，则在粗磨机中实际上仅需要少量的热量。在粗磨机之后，废气温度通常低于100℃。
然而，取决于粗磨机中的热需求，该温度仅存在于全部废气的一部分中。另外的部分(磨机旁路)可以被单独冷却。在下游的常见除尘过滤器中的废气温度则典型地处于120℃或者略高于120℃。此外，如果存在过量的热，则可能在进入到粗磨机之前通过水的进入来骤冷整个废气流。当粗磨机不运行时，废气流典型地在冷却塔中被冷却至足够低的过滤器温度，以免过高的温度损坏过滤器。
在水泥窑中，不可避免地产生或释放各种有害物质，例如氮氧化物(NOx)、一氧化碳(CO)和烃(HC)。在现有技术中通过催化系统来减少这些有害物质。为了减少氮氧化物，通常需要还原剂。为此通常使用氨。为了避免取决于硫氧化物和氨的浓度以及运行温度而形成的硫酸铵的失活，通常需要大于180℃的最小运行温度。如果催化器位于除尘过滤器之后的净化气体线路中，则因此在现有技术中需要额外的温度升高。
因为硫酸铵的形成是可逆的，根据现有技术需要至少暂时加热到例如240℃的更高温度，这导致增加的能量和操作成本。
作为现有技术，在此例如可以参考DE 10 2008 013 065 A1或DE 10 2014 108150 A1。
相应的实施方案也普遍适用于材料热处理，即在矿石和类似材料的热处理中。
发明内容
本发明的目的是，避免现有技术的缺点并且提供用于材料热处理、尤其用于熟料制造的改进的设备和方法。这些的特征应尤其在于减少有害物质和更经济的运行方式。
这些和其它对于技术人员在观察本说明书时显而易见的目的通过下述主题以及尤其是权利要求的主题来解决，其中，从属权利要求表示优选的设计方案。
另外的优选的和有利的设计方案从下面的说明中给出。
在本发明的范围内，表述“和/或”意味着，不仅包括与该表述相关联的单个要素而且包括单个要素的组合。
在本发明的范围内，术语“粉料分离(Mehlsplitting)”意味着，在预热器中的粉料至少部分地不是在最后的或最上面的旋风级之前被输送，而是至少部分地在次顶级之前被输送。
本发明的主题是用于减少在材料热处理、尤其是熟料制造的废气中的有害物质的方法，其中废气在进入除尘装置时具有大于或等于150℃的温度。
此外，本发明的主题是相应的设备。
本发明的主题还在于通过磨机旁路引导的炉废气的热能量含量用于加热其它废气流、尤其是从粗磨机中排出的废气的用途。
从权利要求以及以下说明中给出各个主题的详细实施方案。
为了能够成功地实现催化减少，在本发明的范围内，催化器之前或催化过滤器之前的废气温度如此调节，使得至少暂时实现足够的温度用于排出硫酸铵。
在本发明的优选实施方案中，进入除尘装置的温度大于或等于180℃，更优选大于或等于200℃，特别优选大于或等于240℃。
为此，需要选择在所需温度范围内具有足够稳定性的过滤材料。因此在本发明的范围内优选在除尘装置内使用具有240℃或者更高的耐热性的过滤材料，优选使用选自陶瓷、PTFE和玻璃纤维的过滤材料。
此外，在另外的实施方式中，优选地通过预热器中的粉料分离至少暂时地提高废气温度。由此，在本发明的范围中取消了在催化减少之前将废气流再次加热的必要性，所述催化减少即催化脱氮、CO和烃的氧化，或两者的组合。
在本发明的一些优选实施方式中，在直接运行中进行粉料分离，而没有粗磨机的运行，因为在这里已经存在较高的温度水平。
在一些实施方式中，可通过安装的燃烧室来提高废气温度，这是较不优选的。
在本发明的一些实施方式中，可增加进入到预热器中的燃料量。此外，在本发明的另外的实施方式中，可使用附加的再生式或回流式(rekuperative)热交换器。
在本发明的设计形式中，在其中进行粉料分离，由此提高废气温度，因为较少的热量被传递到粉料上。
催化减少在本发明的范围内是指
I)催化脱氮，
II)CO和烃的氧化，或
III)催化脱氮以及CO和烃的氧化。
在本发明的范围内，所述用于催化减少、优选催化脱氮的区域连接在除尘装置、优选匹配于根据本发明的进入温度的滤尘器处，也就是说连接在废气的下游，并且包括含有脱氮或氧化催化器的装置。
在本发明的特别有利的实施方式中，滤尘器和脱氮催化器彼此组合成催化过滤器。
在本发明的实施方案中，其中除尘和催化减少结合为催化过滤器的形式，尤其通过降低设备耗费来获得有利的效果。
对于除尘与催化减少(优选为催化脱氮)结合的实施方式，优选将催化材料加入或施用到过滤器中或过滤器上。这两个减少阶段的组合借助于根据本发明的措施通过匹配运行温度来实现。
不仅对于其中用于催化减少，优选催化脱氮的区由单独的滤尘器和催化器形成的实施方式，还对于其中用于催化脱氮的区由组合的催化过滤器形成的实施方式，都不需要进一步附加加热废气流。
在本发明的优选实施方式中，在从粗磨机排出的废气和从磨机旁路排出的废气合并之后，没有对废气流进行进一步的、附加的加热。
本发明的一个决定性的方面在于，废气温度的影响不仅在用于脱氮的催化器之前，而且在之前就已经明显干预所述工艺。由此明显降低了设备上的耗费。此外，该方法可以更好地调节。
在本发明的范围内，在不同的优选的实施方式中，在炉系统中的燃料输入通过在热的区域(炉入口/煅烧器/冒口)中提高的燃烧来提高。由此实现了系统中的温度水平以及因此废气温度也升高。
本发明尤其基于使用其他运行方式；本发明的运行方式基于通过炉系统，优选地通过使用粉料分离和燃烧实现供热。
本发明尤其也基于在磨机处存在气体旁路；通过这种运行方式可以提高在复合运行中的废气温度。
相应地，在本发明的各个实施方式中，不直接在脱氮催化器或氧化催化器之前通过热交换器和/或燃烧器加热废气流。
在本发明的各个优选实施方式中，在研磨干燥之后和在催化减少(优选催化脱氮)之前，不使用或布置燃烧单元，特别是不使用或布置用于发电的燃烧装置。
在本发明的一个任选的实施方案中，直接在脱氮催化器或氧化催化器处进行热调节是可能的。该实施方案是不太优选的。
在本发明的范围内所提及的催化脱氮或者脱氮反应是本领域技术人员熟知的常见的SCR(选择性催化还原)。
相应地，在本发明的范围内，对于催化脱氮，可以使用本领域技术人员熟知的催化剂用于SCR。优选地，这些催化剂选自钒、钨和钛。在此催化脱氮的范围内同样可以计量添加对于本领域技术人员熟悉的常见的还原剂，优选选自由氨气、氨水、尿素和其混合物组成的组。
在本发明的范围内所述的CO和烃的催化氧化或氧化反应是本领域技术人员熟知的常见反应。
相应地，在本发明的范围内，对于CO和烃的催化氧化，可以使用本领域技术人员熟悉的用于这种反应的催化剂。优选使用贵金属催化剂。
在本发明的范围内，在优选的实施方式中，可以通过控制装置来调节从粗磨机排出的废气和从磨机旁路排出的废气的混合物。在一些优选实施方式中，这可以通过盖和/或滑动件来实现。
在本发明的另外的优选实施方案中，运行温度的调节取决于用于催化减少的催化器的热需求来进行。
在本发明的其它设计中，可以在催化处理之前进行废气的脱硫。这可以例如用吸附剂如熟石灰和碳酸氢钠来进行。这些被注入废气中，与废气中的SO2和SO3分别反应。反应产物的分离至少部分地在滤尘器中进行。如果例如直接将熟石灰施加到预热器中，反应产物也可以结合到产物中。
各种特别的实施方式在下面示出：
实施方式I.用于减少材料热处理、尤其熟料制造的废气中的有害物质的方法，其中废气进入除尘装置时具有大于或等于150℃的温度，其特征在于
a)将一部分炉废气引导至粗磨机，并将另一部分炉废气经由磨机旁路引导绕过粗磨机处，和
b)在除尘装置之前合并从粗磨机排出的废气和从磨机旁路排出的废气，
和在两个废气流合并之后并且在进入用于以下的区域之前不需要进一步加热：
I)用于催化脱氮，
II)用于CO和烃的氧化，或
III)用于催化脱氮以及CO和烃的氧化
或者其特征在于，
a)将一部分炉废气引导至粗磨机，并将另一部分炉废气经由磨机旁路引导绕过粗磨机处，和
b)在除尘装置之前合并从粗磨机排出的废气和从磨机旁路排出的废气，
和在两个废气流合并之后并且在进入用于以下的区域之前不进行进一步的加热：
I)用于催化脱氮，
II)用于CO和烃的氧化，或
III)用于催化脱氮以及CO和烃的氧化
或者其特征在于，
a)将一部分炉废气引导至粗磨机，并将另一部分炉废气经由磨机旁路引导绕过粗磨机处，和
b)在除尘装置之前合并从粗磨机排出的废气和从磨机旁路排出的废气，
并且在两个废气流合并之后和在除尘装置与SCR区之间不进行加热。
实施方式II.根据实施方案I的方法，其特征在于，废气温度达到高于或等于150℃，其方式是，
i)在预热器中进行粉料分离，或
ii)在预热器、煅烧器、炉入口和/或冒口(Steigschacht)中提高燃料输入，或
iii)在预热器中，不仅进行粉料分离，还提高燃料输入。
实施方式III.根据实施方案I或II的方法，其特征在于，所述温度为大于或等于180℃，优选大于或等于200℃，更优选大于或等于240℃。
实施方式IV.根据实施方式I至III中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤b)中的废气混合通过控制装置来调节，优选借助于盖和/或滑动件。
实施方式V.根据实施方式I至IV之一所述的方法，其特征在于，在用于材料热处理、尤其用于熟料制造的设备中的运行温度附加地通过在炉入口、煅烧器和/或冒口中的燃料供给来提高。
实施方式VI.根据实施方式I至V中任一项所述的方法，其特征在于，为了调节在进入所述除尘装置之前的气体温度，附加地使用再生式热交换器和/或回流式热交换器。
实施方式VII.根据实施方式I至VI中任一项所述的方法，其特征在于，在除尘装置中使用具有240℃或更高的耐热性的过滤材料，优选选自由陶瓷、PTFE和玻璃纤维组成的组。
实施方式VIII.根据实施方式I至VII中任一项的方法，其特征在于，取决于催化器对于随后的脱氮反应的热需求进行运行温度的调节。
实施方式IX.根据实施方式I至VIII中任一项的方法，其特征在于，用于催化脱氮的区域包括催化过滤器，其中将为了脱氮所使用的催化材料加入到所述过滤器内或施用到所述过滤器上。
实施方式X.根据实施方式I至IX中任一项所述的方法，其特征在于，在催化脱氮之前、优选在废气进入除尘装置之前附加地进行废气的脱硫。
实施方式XI.用于降低炉废气的氮氧化物含量或者降低炉废气的CO和烃含量，尤其是用于进行根据实施方式I至IX中任一项的方法的设备，其特征在于，在废气的各个流动方向上看，
a)在预热器和/或煅烧器之后布置有用于划分废气流的装置，通过该装置将废气流的一部分引导到粗磨机中并且将废气流的另一部分引导绕过粗磨机处，
b)在粗磨机之后布置有装置，通过该装置使被引导通过粗磨机的废气流和绕过所述粗磨机处的废气流汇合，
c)在此装置之后布置有除尘装置，该除尘装置在大于或等于160℃的温度下工作，
d)在除尘装置之后布置有装置用于废气的I)催化脱氮，
II)CO和烃的氧化，或
III)催化脱氮以及CO和烃的氧化，
其中除尘装置是一种滤尘装置，在该装置中优选使用具有240℃或更高耐热性的过滤材料，优选选自选自由陶瓷、PTFE或者玻璃纤维组成的组。
实施方式XII.根据实施方式XI所述的设备，其特征在于，其附加地包括
e)用于将原料输送到次顶级之前的预热器中的装置，或
f)用于提高在预热器、煅烧器、炉入口和/或冒口中的燃料输入的装置，或者
g)用于将原料输送到次顶级之前的预热器中的装置，和用于提高在预热器、煅烧器、炉入口和/或冒口中的燃料输入的装置。
实施方式XIII.根据实施方式XI或XII所述的设备，其特征在于，在除尘装置下游和用于废气的催化脱氮的装置之前不运行或布置用于加热废气的装置，其废气的排出口部分地或完全连接至废气的催化脱氮装置。
实施方式XIV.根据实施方式XI至XIII中任一项所述的设备，其特征在于，除尘装置运行时的温度大于或等于180℃，优选大于或等于200℃，更优选大于或等于240℃。
实施方式XV.根据实施方式XI至XIV中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备包括用于在步骤b)中混合废气的控制装置，通过所述控制装置来调节使得所述两个废气流以一定的比例相互混合，使得温度设置在大于或等于160℃、优选大于或等于180℃、更优选大于或等于200℃、还更优选大于或等于240℃，其中，这种控制优选借助于盖和/或阀门来进行。
实施方式XVI.根据实施方式XI至XV中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备在除尘装置之前还包括再生式和/或回流式热交换器。
实施方式XVII.根据实施方式XI至XVI中任一项所述的设备，其特征在于，所述区域
I)为了催化脱氮，
II)为了CO和烃的氧化，或
III)为了催化脱氮以及CO和烃的氧化，
包括催化过滤器，其中用于脱氮和/或氧化的催化材料加入过滤器之中或施用在过滤器之上。
实施方式XVIII.根据实施方案XI至XVII中任一项所述的设备，其特征在于，在
I)用于催化脱氮，
II)用于CO和烃的氧化，或
III)用于催化脱氮以及CO和烃的氧化
的区之前，优选在除尘装置之前布置有用于废气脱硫的装置
实施方式XIX.将引导通过磨机旁路的炉废气的热能量含量用于加热其它废气流，尤其加热从粗磨机中排出的废气的用途。
本发明具有一系列有利的技术效果。
通过本发明，能够高能效地设计材料热处理、尤其熟料制造。通过本发明不仅在设备的构造方面而且在所需的能量供应方面产生较低的成本。
因此，本发明更加经济。
本发明在减少材料热处理、尤其熟料制造的废气中的有害物质的方面更彻底且更高效；这是由于本发明释放较少的有害物质。
本发明的优选实施方式涉及催化脱氮。
所有在上文中结合所述方法描述的优选实施方式相应地也类似地适用于所述设备。
根据本发明的设备的部件彼此有效连接，即通过适当的管道等以确保装置的普遍可操作性的方式彼此连接。为此所需的措施对于本领域技术人员是已知的。
附图说明
现在通过参考附图进一步描述本发明。在此，相同的附图标记表示相同的特征。附图是示意性的并且不是按比例的。同样，在附图中没有示出所有专业上常见的设备构件；这些对于本领域技术人员来说是熟知的并且相应地出于清晰的原因没有进行说明。附图的概括性表示不以任何方式限制本发明。
在附图中，箭头表示熟料制造的废气的流动方向。
具体实施方式
图1示意性地示出了用于熟料制造的设备，其中从炉1和预热器2排出的废气被分成两个子流，其中一个子流任选地被引导通过冷却塔3，而另一个子流引导通过用于碾磨干燥的设备部分4(粗磨机)。在研磨干燥4之后，将两个子流彼此汇合，并且将所产生的汇合的气流引导到除尘装置5中，并且随后经由催化器6进行脱氮。
图2示意性地示出了用于熟料制造的设备，其中，从炉1和预热器2排出的废气没有分开，而是依次任选地首先引导通过冷却塔3，然后强制地引导通过用于研磨干燥的设备部分4。然后将气流导入除尘装置5中，并随后经由催化器6引导用于脱氮。
因此，在图1和图2中，各个图示出了存在冷却塔3的任选的构造。
附图标记列表：
1 炉
2 预热器
3 冷却塔(任选)
4 研磨干燥区(粗磨机)
5 除尘区
6 催化区
本发明的特征和/或公开内容、尤其是不同的权利要求的特征可以任意地相互组合，而不脱离本发明的构思。

Claims (28)

1.用于减少材料热处理的废气中的有害物质的方法，其中废气进入除尘装置时具有大于或等于150℃的温度，其特征在于
a)将一部分炉废气引导至粗磨机，并将另一部分炉废气经由磨机旁路引导绕过粗磨机处，和
b)在除尘装置之前合并从粗磨机排出的废气和从磨机旁路排出的废气，
和在两个废气流合并之后并且在进入用于以下的区域之前不需要进一步加热：
I)用于催化脱氮，
II)用于CO和烃的氧化，或
III)用于催化脱氮以及CO和烃的氧化。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，废气温度达到高于或等于150℃，其方式是，
i)在预热器中进行粉料分离，或
ii)在预热器、煅烧器、炉入口和/或冒口中提高燃料输入，或
iii)在预热器中，不仅进行粉料分离，还提高燃料输入。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述温度高于或等于180℃。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述温度高于或等于200℃。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述温度高于或等于240℃。
6.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤b)中的废气混合通过控制装置来调节。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述控制装置包括盖和/或滑动件。
8.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其特征在于，在用于熟料制造的设备中的运行温度附加地通过在炉入口、煅烧器和/或冒口中的燃料供应来提高。
9.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其特征在于，为了调节在进入所述除尘装置之前的气体温度，附加地使用再生式热交换器和/或回流式热交换器。
10.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其特征在于，在除尘装置中使用具有240℃或更高的耐热性的过滤材料。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述过滤材料是选自由陶瓷、PTFE和玻璃纤维组成的组。
12.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述运行温度的调节取决于催化器的用于随后的催化反应的热量需求来进行。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述运行温度的调节取决于催化器的用于随后的脱氮反应的热量需求来进行。
14.根据权利要求1-2中任一项所述的方法，其特征在于，所述材料热处理是熟料制造。
15.用于降低炉废气的氮氧化物含量或降低炉废气的CO和烃含量的设备，其特征在于，在废气的各个流动方向上看，
a)在预热器和/或煅烧器之后布置有用于划分废气流的装置，通过所述装置将废气流的一部分引导到粗磨机中并且将废气流的另一部分引导绕过粗磨机处，
b)在粗磨机之后布置有装置，通过所述装置使被引导通过粗磨机的废气流和绕过所述粗磨机处的废气流汇合，
c)在此装置之后布置有除尘装置，所述除尘装置在大于或等于160℃的温度下工作，
d)在所述除尘装置之后布置有装置，用于废气的
I)催化脱氮，
II)CO和烃的氧化，或
III)催化脱氮以及CO和烃的氧化。
16.根据权利要求15所述的设备，其特征在于，它还包括
e)用于将原料输送到次顶级之前的预热器中的装置，或
f)用于提高在预热器、煅烧器、炉入口和/或冒口中的燃料输入的装置，或者
g)用于将原料输送到次顶级之前的预热器中的装置，和用于提高在预热器、煅烧器、炉入口和/或冒口中的燃料输入的装置。
17.根据权利要求15或16所述的设备，其特征在于，所述除尘装置运行时的温度高于或等于180℃。
18.根据权利要求17所述的设备，其特征在于，所述除尘装置运行时的温度高于或等于200℃。
19.根据权利要求17所述的设备，其特征在于，所述除尘装置运行时的温度高于或等于240℃。
20.根据权利要求15-16中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备包括用于在步骤b)中混合废气的控制装置，通过所述控制装置调节所述两个废气流以一定比例相互混合，使得温度设置在大于或等于160℃。
21.根据权利要求20所述的设备，其特征在于，通过所述控制装置调节所述两个废气流以一定比例相互混合，使得温度设置在大于或等于180℃。
22.根据权利要求20所述的设备，其特征在于，通过所述控制装置调节所述两个废气流以一定比例相互混合，使得温度设置在大于或等于200℃。
23.根据权利要求20所述的设备，其特征在于，通过所述控制装置调节所述两个废气流以一定比例相互混合，使得温度设置在大于或等于240℃。
24.根据权利要求20所述的设备，其特征在于，所述控制装置包括盖和/或滑动件。
25.根据权利要求15-16中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备在所述除尘装置之前附加地包括再生式和/或回流式的热交换器。
26.根据权利要求15-16中任一项所述的设备，其特征在于，该设备用于实施根据权利要求1至14中任一项所述的方法。
27.将引导通过磨机旁路的炉废气的热能量含量用于加热其它废气流的用途。
28.根据权利要求27所述的用途，所述废气流包括从粗磨机中排出的废气。
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