低氮氧化物排放的氨燃料辊道窑及其控制方法与流程

本发明属于窑炉，特别涉及一种低氮氧化物排放的氨燃料辊道窑及其控制方法。

背景技术：

1、当今，“氢”能源被认为是全球能源结构发展以及未来实现碳中和目标的重要方向，氨作为氢的一种高效零碳载体，可以在常温和8atm（atm指标准大气压）的情况下液化，氨的制备和储运产业链非常成熟，并且，氨也具备燃料属性，在燃烧过程中不产生二氧化碳排放，是最具潜力替代传统化石能源的零碳燃料，在工业炉窑、燃气轮机、动力锅炉、内燃机等工业热设备具有良好的应用前景。

2、但是，当氨作为窑炉燃料使用时，因为氨的燃烧稳定性差，且含有燃料氮，使得在氨的燃烧过程中会产生大量的氮氧化物。在现有技术中，解决氮氧化物排放的问题主要通过分级燃烧、烟气脱硝等方式。其中，分级燃烧技术对一次风及二次风的流量控制精度有较高的要求，会增加现有窑炉的燃烧控制设备的投入成本；而在烟气脱硝技术中，可以采取选择性非催化还原（sncr）或选择性催化还原（scr）的烟气后处理方法，这需要增加脱硝设备投入，则会导致成本增加。若不对所排放的氮氧化物进行处理，将造成环境污染。

3、因此，设计开发出一种低氮氧化物排放、同时具有稳定燃烧和经济性好的氨燃料窑炉，有着十分重要的现实意义和使用价值。

技术实现思路

1、本发明目的在于提供一种低氮氧化物排放的氨燃料辊道窑及其控制方法，无需增加巨大的设备投入，便可进行脱硝及逃逸氨处理，实现低氮氧化物、低逃逸氨排放，具有结构简单、经济性好、燃料利用率高的优点。

2、为解决上述技术问题所采用的技术方案：

3、第一方面，本发明公开了一种低氮氧化物排放的氨燃料辊道窑，包括窑体、氨燃烧组件、天然气燃烧组件和氨裂解组件，所述窑体具有窑腔，所述窑腔内具有烟气流动的第一方向，所述氨燃烧组件和所述天然气燃烧组件设在所述窑腔的侧壁，所述氨裂解组件与所述窑腔的周壁面连接，所述氨燃烧组件、所述氨裂解组件和所述天然气燃烧组件沿所述第一方向依次设置。

4、本发明提供的低氮氧化物排放的氨燃料辊道窑至少具有如下的有益效果：在窑体的窑腔内设置有氨燃烧组件、天然气燃烧组件和氨裂解组件，其中，氨燃烧组件和天然气燃烧组件工作，提供足够的热量，促使窑腔内的温度能够达到工作温度的要求；在窑体处于运行状态时，窑腔内的烟气会沿第一方向流动，而氨燃烧组件、氨裂解组件和天然气燃烧组件沿第一方向依次布置，因此，当氨燃烧组件以贫氧方式工作时，可大幅减少氮氧化物的生成量，而未燃尽的氨会随烟气流经氨裂解组件，并裂解为氢气和氮气；当天然气燃烧组件以过氧方式工作时，不会产生大量的氮氧化物，而且，裂解产生的氢气会与多余的氧完全反应，避免残余氨排放及氢气排放。

5、采用如此设置，能同时实现氮氧化物和逃逸氨的低排放，无需增加脱硝和逃逸氨吸收处理的设备，能够减少烟气脱硝的成本，而且，天然气和氨分段燃烧，控制简便，无需设置二次风设备或者混气设备。

6、作为上述技术方案的进一步改进，所述氨裂解组件为多孔介质/蜂窝材料催化剂隔墙。当窑腔内的烟气通过催化剂隔墙时，烟气中的残余氨会被裂解成氢气和氮气，避免出现逃逸氨情况。催化剂隔墙根据窑炉温度曲线及催化剂特性选择设置在最佳的温度窗口内。

7、作为上述技术方案的进一步改进，所述氨燃烧组件包括多个沿所述第一方向排布的氨燃烧器；所述天然气燃烧组件包括多个沿所述第一方向排布的天然气燃烧器。如此设置，能够令窑腔在第一方向上的温度情况满足瓷砖烧成的工作要求。

8、作为上述技术方案的进一步改进，所述窑腔的相对两侧壁设有交错的所述氨燃烧器，所述窑腔的相对两侧壁设有交错的所述天然气燃烧器。如此设置，能缩小窑腔的横截面温差，提高温度分布均匀性，提升瓷砖的烧成质量。

9、作为上述技术方案的进一步改进，所述窑腔内设有输送辊组件，所述输送辊组件的上方和下方都设置有氨燃烧器和天然气燃烧器，位于所述输送辊组件上方和下方的所述氨燃烧器呈错开设置，位于所述输送辊组件上方和下方的所述天然气燃烧器呈错开设置。如此设置，可以提高炉内温度分布均匀性。

10、作为上述技术方案的进一步改进，所述氨燃烧器的空气系数为α，其中，0.9≤α＜1.0。如此设置，令氨燃料进行贫氧燃烧，而且，过程中所产生的氮氧化物量少，有助于实现低氮氧化物排放。

11、作为上述技术方案的进一步改进，所述天然气燃烧器的空气系数为β，其中，1.0＜β≤1.4。如此设置，促使天然气燃料能进行过氧充分燃烧，降低燃烧温度，有效减少氮氧化物的生成量，以达到低氮氧化物排放的目的。

12、作为上述技术方案的进一步改进，所述窑体包括氧化气氛段，所述氧化气氛段设有所述天然气燃烧器。在氧化气氛段处设置天然气燃烧器，使得天然气燃料能够在过氧环境进行充分燃烧，可减少热力型氮氧化物生成。

13、第二方面，本发明提供一种氨燃料辊道窑的控制方法，应用于上述技术方案的低氮氧化物排放的氨燃料辊道窑，其包括如下的步骤：

14、控制氨燃烧组件在贫氧状态下工作；

15、控制天然气燃烧组件在富氧状态下工作；

16、控制窑腔内的烟气沿第一方向流动。

17、本发明提供的氨燃料辊道窑的控制方法至少具有如下的有益效果：在利用辊道窑对瓷砖进行高温烧制时，控制氨燃烧组件和天然气燃烧组件工作，令氨燃料在贫氧条件下进行燃烧，形成还原性气氛，避免大量氮氧化物产生，此时，会产生未燃尽的残余氨；同时，令天然气在富氧条件下进行燃烧，形成氧化性气氛，避免大量热力型的氮氧化物生成；残余的氨随着烟气沿第一方向流动，在通过氨裂解组件时会发生裂解，并产生氢气和氮气；然后，氢气和氮气随烟气继续流动，流向天然气燃烧组件，天然气燃烧组件处的过量的氧会促使氢气完全燃烧，从而能避免残余氨排放及氢气排放。

18、作为上述技术方案的进一步改进，所述氨燃烧组件的空气系数为0.95，所述天然气燃烧组件的空气系数为1.3。如此设置，在氨燃料和天然气燃料燃烧过程中，所生成的氮氧化物量最少，以实现低氮氧化物排放的目标。

技术特征：

1.一种低氮氧化物排放的氨燃料辊道窑，其特征在于，包括窑体、氨燃烧组件、天然气燃烧组件和氨裂解组件，所述窑体具有窑腔，所述窑腔内具有烟气流动的第一方向，所述氨燃烧组件和所述天然气燃烧组件设在所述窑腔的侧壁，所述氨裂解组件与所述窑腔的周壁面连接，所述氨燃烧组件、所述氨裂解组件和所述天然气燃烧组件沿所述第一方向依次设置。

2.根据权利要求1所述的低氮氧化物排放的氨燃料辊道窑，其特征在于，所述氨裂解组件为多孔介质/蜂窝材料催化剂隔墙。

3.根据权利要求1所述的低氮氧化物排放的氨燃料辊道窑，其特征在于，所述氨燃烧组件包括多个沿所述第一方向排布的氨燃烧器；所述天然气燃烧组件包括多个沿所述第一方向排布的天然气燃烧器。

4.根据权利要求3所述的低氮氧化物排放的氨燃料辊道窑，其特征在于，所述窑腔的相对两侧壁设有交错的所述氨燃烧器，所述窑腔的相对两侧壁设有交错的所述天然气燃烧器。

5.根据权利要求4所述的低氮氧化物排放的氨燃料辊道窑，其特征在于，所述窑腔内设有输送辊组件，所述输送辊组件的上方和下方都设置有氨燃烧器和天然气燃烧器，位于所述输送辊组件上方和下方的所述氨燃烧器呈错开设置，位于所述输送辊组件上方和下方的所述天然气燃烧器呈错开设置。

6.根据权利要求3所述的低氮氧化物排放的氨燃料辊道窑，其特征在于，所述氨燃烧器的空气系数为α，其中，0.9≤α＜1.0。

7.根据权利要求3所述的低氮氧化物排放的氨燃料辊道窑，其特征在于，所述天然气燃烧器的空气系数为β，其中，1.0＜β≤1.4。

8.根据权利要求3所述的低氮氧化物排放的氨燃料辊道窑，其特征在于，所述窑体包括氧化气氛段，所述氧化气氛段设有所述天然气燃烧器。

9.一种氨燃料辊道窑的控制方法，应用于如权利要求1至8任一所述的低氮氧化物排放的氨燃料辊道窑，其特征在于，包括如下的步骤：

10.根据权利要求9所述的氨燃料辊道窑的控制方法，其特征在于，所述氨燃烧组件的空气系数为0.95，所述天然气燃烧组件的空气系数为1.3。

技术总结
本发明公开一种低氮氧化物排放的氨燃料辊道窑及其控制方法，属于窑炉技术领域；低氮氧化物排放的氨燃料辊道窑包括窑体、氨燃烧组件、天然气燃烧组件和氨裂解组件，窑体具有窑腔，窑腔内具有烟气流动的第一方向，氨燃烧组件和天然气燃烧组件设在窑腔的侧壁，氨裂解组件与窑腔的周壁面连接，氨燃烧组件、氨裂解组件和天然气燃烧组件沿第一方向依次设置。氨燃料辊道窑的控制方法包括如下的步骤：控制氨燃烧组件在贫氧状态下工作；控制天然气燃烧组件在富氧状态下工作；控制窑腔内的烟气沿第一方向流动。本发明具有结构简单、经济性好、燃料利用率高的优点，无需增加巨大的设备投入，便可进行脱硝及逃逸氨处理，实现低氮氧化物、低逃逸氨排放。

技术研发人员：杜建国,于洲,朱旭仁,周吉伟,靳世平,王宇,马柳昊,程一兵
受保护的技术使用者：佛山仙湖实验室
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15