一种用于水泥窑窑尾烟室的低氧无焰燃烧脱氮装置的制作方法

本实用新型涉及水泥生产设备，尤其是涉及一种用于水泥窑窑尾烟室的低氧无焰燃烧脱氮装置。

背景技术：

随着我国工业的持续发展,由氮氧化物NOx等污染物引起的臭氧和细粒子污染问题日益突出, 严重威胁着人民群众的身体健康,成为当前迫切需要解决的环境问题。在我国，水泥行业氮氧化物的排放量已是居火力发电、汽车尾气排放之后的第三排放大户。

在现有的水泥生产线中，分解炉是在三次风管的上部和分解炉的中下部安装喂煤和喂料装置，把生料粉和煤粉分散悬浮在气流中，在三次风的作用下使燃料燃烧和碳酸钙分解过程发生的装置，是一种直接燃烧式固相一气相热交换装置。在分解炉内，由于燃料的燃烧是在激烈的紊流状态下与物料的吸热反应同时进行，燃料的细小颗粒呈一边悬浮运动，一边燃烧，使整个分解炉内几乎都变成了燃烧区，这种过程式燃烧方式能量释放缓慢、热交换率差、煤粉在分解炉内燃尽率差，在实际操作中，易使煤粉在预热器内燃烧结皮，造成预热器堵塞，另外焰心与介质之间温差很小，会产生局部高温区，不仅不会降低回转窑窑头产生的NO_x，还会生成新的NO_x，造成分解炉出口NO_x升高。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供了一种结构简单、清洁的用于水泥窑窑尾烟室的低氧无焰燃烧脱氮装置，该脱氮装置不仅能够明显降低氮氧化物的含量，而且可以明显提高煤粉的燃尽率，从而达到节能减排的目的。

本实用新型的技术方案是：一种用于水泥窑窑尾烟室的低氧无焰燃烧脱氮装置，包括烟室、分解炉以及三次风管，所述烟室通过缩口管道连接在分解炉下方，所述烟室与回转窑对接，所述三次风管与分解炉相连，其特征在于，在烟室顶部靠近缩口管道的位置设置有至少一个喂煤装置。

进一步，所述喂煤装置的数量为2~6个，并以圆周均布的方式设置。

进一步，所述喂煤装置为旋流扩散式煤粉燃烧器。

进一步，所述旋流扩散式煤粉燃烧器的喷煤嘴以向下倾斜5°~10°的方式伸入烟室内。

进一步，所述旋流扩散式煤粉燃烧器的喷煤嘴伸入烟室内的长度为5cm~25cm。

进一步，所述缩口管道内铺设由浇注料，并通过改变浇注料的厚度对缩口管道的内径进行控制，从而将缩口管道内的风速控制在18~28m/s的范围内。

进一步，所述分解炉锥部与缩口管道相连，所述分解炉锥部的壁面与水平面之间的夹角为60°~75°。

本实用新型的有益效果：

1、在本实用新型中，将喂煤装置设置在窑尾的烟室顶部靠近缩口管道的位置，煤粉首先在烟室和缩口管道内的缺氧环境下进行预热和燃烧，产生大量的CO、CH₄、H₂、HCN和固定碳等还原剂，这些还原剂与窑头产生的NO_x发生氧化还原反应，从而达到降低NO_x目的；在保证氮氧化物排放达到国家标准的情况下，脱硝用氨水的使用量可降低15%~40%；

2、在本实用新型中，采用旋流扩散式煤粉燃烧器作为喂煤装置，并对其喷煤嘴伸入烟室内的角度以及长度进行控制，可以使得煤粉充分混合扩散，从而提高CaCO₃的入窑分解率，极大改善了窑内煅烧温度场分布，使得窑内过渡带形成更为显著的放热反应环境，烧成带火焰温度达到1700℃即可完成水泥熟料烧成，因此可以降低窑头用煤量。在使用同样用煤量、用风量的情况下可以提高喂料量，提高固气比，降低废气出口温度，达到提高台产、降低煤耗和电耗的目的；根据理论计算和实际数据，回转窑的台产可提高10%~30%，生产每吨熟料的煤消耗量可降低5%~10%；

3、在本实用新型中，通过改变浇注料的厚度控制缩口管道内径，实现对缩口管道内风速进行调节的目的，从而保证煤粉能够得到更充分的分散、预热和气化。

附图说明

图1—本实用新型的结构示意图；

图2—为实用新型的侧视结构示意图。

图中：1—三次风管，2—分解炉，3—分解炉锥部，4—缩口管道，5—喂煤装置，6—回转窑，7—烟室。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。

如附图所示，一种用于水泥窑窑尾烟室7的低氧无焰燃烧脱氮装置，包括烟室7、分解炉2以及三次风管1，所述烟室7通过缩口管道4连接在分解炉锥部3下方，所述烟室7与回转窑6对接，所述三次风管1与分解炉2相连，其特征在于，在烟室7顶部靠近缩口管道4的位置设置有四个喂煤装置5，所述喂煤装置5以圆周均布的方式设置，所述喂煤装置5为旋流扩散式煤粉燃烧器。

具体而言，将喂煤装置5设置在窑尾的烟室7上部靠近缩口管道4的位置，煤粉首先在烟室7和缩口管道4内的缺氧环境下进行预热和燃烧，产生大量的CO、CH₄、H₂、HCN和固定碳等还原剂，这些还原剂与窑头产生的NO_x发生氧化还原反应，从而达到降低NO_x目的；并且设置四个旋流扩散式煤粉燃烧器，能够把煤粉充分分散，充分分散的煤粉在窑尾烟室7和缩口缺氧的状态下进行预热燃烧后，在与三次风汇合后进行更加彻底的有氧燃烧。

所述旋流扩散式煤粉燃烧器的喷煤嘴以向下倾斜10°的方式伸入烟室7内，所述旋流煤粉燃烧器的喷煤嘴伸入烟室7内的长度为10cm。

具体而言，通过旋流扩散式煤粉燃烧器的喷煤嘴伸入烟室7内的角度以及长度进行控制，可以使得煤粉与生料粉充分混合，从而提高CaCO₃的入窑分解率，极大改善了窑内煅烧温度场分布，使得窑内过度带形成更为显著的放热反应环境，烧成带火焰温度达到1700℃即可完成水泥熟料烧成，因此可以降低窑头用煤量，在使用同样用煤量、用风量的情况下可以提高喂料量，提高固气比，降低废气出口温度，达到提高台产、降低煤耗和电耗的目的；而且由于CaCO₃入窑分解率的提高，减轻了窑内热量的需求使窑头用煤量降低，可大幅降低窑头喷煤管一次风机用风量，降低了热力型NO_x生成量，从源头遏制了NO_x的产生。

所述缩口管道4内铺设由浇注料，并通过改变浇注料的厚度对缩口管道的内径进行控制，从而将缩口管道内的风速控制在18~28m/s的范围内；所述分解炉锥部3与缩口管道4相连，所述分解炉锥部3的壁面与水平面之间的夹角为60°~75°。

具体而言，通过改变浇注料的厚度对缩口管道4的内径进行调节，从而将缩口管道4内的风速控制在18~28m/s的范围内，这样可以保证煤粉能够得到更充分的分散、预热和气化，使得煤粉与生料充分混合，可以达到进一步增产、节能、降氮的效果。

本实用新型的工作原理及使用方法：

1、煤粉喷入窑尾烟室7，在烟室7和缩口管道4内的缺氧环境下进行预热和燃烧，经历了干燥、热解、燃烧和气化几个过程，具体如下：

1）干燥过程：煤粉喷入后，煤中的水分由于煤粉和热气流之间的热交换而发生蒸发，具体反应式为：湿煤→干煤+H₂O；

2）热解过程：煤受热后自身发生一系列物理化学变化，其宏观反应式为：煤→（CO₂、CO、CH₄、H₂O、H₂、NH₃、H₂S）+焦油+焦炭；

3）燃烧反应：主要是可燃气体及焦炭的氧化反应；

4）气化反应：气化反应主要是指煤中的碳与气化剂中的氧、水蒸气和氢气的反应，以空气为气化剂时，碳与氧的反应包括有：

C+O₂→CO₂、2C+O₂→CO、C+CO₂→2CO；

2、在上一过程中，煤粉的缺氧燃烧产生大量的CO、CH₄、H₂、HCN和固定碳等还原剂，这些还原剂与窑头产生的NO_x发生氧化还原反应，从而达到降低NO_x的脱硝目的，具体反应如下：

2CO+2NO→N₂+2CO₂、2H₂+2NO→N₂+2H₂O、2NHi+2NO→N₂+…、C+2NO→N₂+CO₂；

3、通过本实用新型提供的低氧无焰燃烧装置，能够在保证氮氧化物排放达到国家标准的情况下，脱硝用氨水的使用量可降低15%~40%，并且不需额外增加运行成本，对水泥正常生产也无不利影响；该烟室7低氧无焰燃烧脱氮技术是一项清洁的技术，在使用过程中没有任何固体或液体的污染物或副产物生成，并且一次性投资较小，只需要利用停窑检修时间就可以实施改造。

上述所有实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人员能够了解本实用新型的内容并加以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围，凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。