一种水泥窑旁路放风联合分级燃烧窑尾烟气处理装置及工艺方法

摘要

本发明公开了一种水泥窑旁路放风联合分级燃烧窑尾烟气处理装置，包括回转窑的窑尾烟室、分解炉、旋风预热器、双旋风分离器、分层冷却脱硫塔、袋式收尘器；回转窑的窑尾烟室与分解炉连接；回转窑的窑尾烟室通过旁路烟气管道与双旋风分离器连接；旋风预热器的下料管热生料一分为二，一部分按原路进入窑尾烟室，另一部分进入从窑尾烟室抽出的旁路烟气；双旋风分离器与分层冷却脱硫塔顶部连接；分层冷却脱硫塔底部与袋式收尘器连接，其中部通过还原风管与分解炉连接；分解炉从上至下分别设燃尽区、强还原区、弱还原区。此外，本发明还公开上述装置的烟气处理工艺方法。本发明氨水降低率可达80％，达到零喷氨降氮的效果，减轻生产成本和环境压力。

说明书

技术领域

本发明涉及水泥生产及水泥窑协同垃圾处理领域，尤其是涉及一种在水泥生产过程中采 用旁路放风联合分级燃烧窑尾烟气处理装置及工艺方法。

背景技术

随着水泥工业的发展，原、燃料资源日趋紧张，越来越多的水泥厂需要采用含高挥发性 组分(K₂O、Na₂O、SO₃、Cl-)低品位的原、燃料煅烧水泥熟料；同时，越来越多的水泥厂采 用替代燃料以及利用窑系统处理废弃物，而替代燃料、废弃物中所含氯、硫都偏高。

利用新型干法水泥回转窑处理城市垃圾，是焚烧处理垃圾的方式之一，作为水泥生产企 业，废弃物的处置必须以不影响水泥生产为前提。从生产工艺控制的角度来看，废弃物的有 害元素(硫、氯和碱金属)属于挥发性组分，由于生料充分悬浮于热气体中，当气体温度达 到碱、硫、氯的熔点温度时，它们便冷凝在生料粉颗粒表面，随生料又重新回到窑内，在高 温带再次挥发，挥发性组分就这样在窑与预热器之间经过多次挥发、冷凝，使得预热器、窑 内生料含有害成分显著提高，从预分解窑测试结果来看，一般入窑热生料中K₂O含量是生料 的2～4倍、Na₂O为1.5～2倍、Cl-为20～30倍、而SO₃主要受燃料影响较大，由此可以看 出，挥发组分在预热器内循环相当严重。挥发组分的循环富集常会发生窑内结圈或窑尾烟室、 旋风筒锥体等部位结皮，严重时将无法进行正常生产，对大气污染物排放也有一定的影响。

旁路放风系统是解决原、燃料中过量钾、钠、氯排出系统的有效措施，可以保证系统稳 定运行和产品质量。然而，目前的旁路放风技术，多采用放风与冷风混合的方式进行骤冷， 然后旋风分离器或者沉降室进行尘气分离，200℃左右的废气进入窑尾余热发电系统，虽有 部分热量回收，但仍然浪费了大量的热能，而且烟气中的大量灰尘会对余热锅炉的运行造成 影响，也未考虑废气中氮氧化物和二氧化硫等污染物的处理，未真正减轻烧成系统烟气处理 的压力。

此外，国内水泥熟料生产线的脱硝技术仍以SNCR选择性非催化还原法为主，而分级燃烧 技术处于起步阶段，脱硝率低于25％，脱硝效果很不稳定，易造成预热器系统的结皮堵塞， 不能适应各种工况。对煤质要求严格，只适用于挥发分高的烟煤，对使用无烟煤作为燃料的 水泥企业，则需要外进适宜的再燃燃料，很多企业的分级燃烧装置处于闲置状态，不能真正 运用到生产中去。而SNCR氨法脱硝依靠还原剂氨水或尿素进行氮氧化物的脱除，消耗大量还 原剂。无论从国家节能减排的大局出发，还是从节约水泥生产成本出发，改进分级燃烧技术， 降低氨水(或尿素)喷量，都显得尤为急迫。

鉴于上述的原因，现有的旁路放风技术和分级燃烧技术都有待改进。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中的不足，提供一种水泥窑旁路放风联合 分级燃烧进行窑尾烟气处理的工艺方法，将旁路放风技术与分级燃烧技术有机结合起来，氨 水降低率可达80％，甚至可以达到零喷氨降氮的效果，减少回转窑内有害成分的挥发循环量， 提高熟料质量，提升烧成设备运转率，减轻生产成本和环境压力。为此，本发明还提供一种 水泥窑旁路放风联合分级燃烧进行窑尾烟气处理装置。

本发明为了解决上述技术问题，采用如下的技术方案：

在本发明的一方面，提供一种水泥窑旁路放风联合分级燃烧窑尾烟气处理工艺方法，包 括水泥窑窑尾旁路放风工艺和水泥窑分解炉分级燃烧工艺；所述水泥窑窑尾旁路放风工艺如 下步骤：

第一步，在排风机的作用下，通过电动旁路放风阀从回转窑的窑尾烟室中抽出1％到15％ 的窑尾烟气作为旁路烟气；旁路烟气在上升管道中与从旋风预热器中经高温分料锁风阀分离 的部分热生料充分混合，进行气料换热；

第二步，气料换热后的烟气经双旋风分离器，将90％的热生料分离后作为脱硫剂进入分 层冷却脱硫塔底部，烟气则进入分层冷却脱硫塔中进行分层冷却；

第三步，经过分层冷却脱硫塔处理后的烟气，根据生产要求，低于150℃的烟气进入袋 式收尘器净化后通过排风机经烟囱排入大气；高于300℃的烟气则进入窑尾余热锅炉进行发 电，或者作为热风来源进入原材料烘干车间；150℃～300℃之间的烟气降温后通过电动风阀 进入袋式收尘器；

第四步，分层冷却脱硫塔排出的干灰，经第一FU输送机和双层重锤锁风阀落入第三FU 输送机，湿渣则外排处理；袋式收尘器收集的粉尘，经电动回转下料器落入第二FU输送机， 然后和分层冷却脱硫塔排出的干灰一起被第三FU输送机输送至混合材库，不适宜掺入水泥的 物料则出厂处理；

所述水泥窑分解炉分级燃烧工艺包括如下步骤：所述分解炉从上至下分别设燃尽区、强 还原区、弱还原区；

步骤1，来自回转窑的烟气，除去1％到15％的旁路烟气外，大部分进入分解炉，并在分 解炉锥部或下柱体与来自三次风管的三次风汇合后作为分解炉的弱还原区的助燃空气；

步骤2，在离心风机的作用下，通过调整电动风阀的开度，从分层冷却脱硫塔中抽取富 含水蒸气的窑尾旁路风，在分解炉中部进入强还原区，还原风与炉中烟气混合，作为该区的 助燃空气，煤粉均分两路送入还原风管入炉点上部，和C4生料充分混合；

步骤3，从三次风管中引出一部分火上风，于分解炉顶部切向进入燃尽区。

作为本发明优选的技术方案，第二步具体为：烟气由分层冷却脱硫塔顶部进入，分层冷 却脱硫塔对烟气进行第一轮的喷水降温，温度控制在550℃～650℃之间，喷水系统采用自动 温度控制系统，根据烟气出口温度变化自动调节喷水量；烟气继续下行，接收第二轮的喷水 降温，烟气温度控制在150℃～300℃之间，然后与来自双旋风分离器的热生料混合，形成碱 性氛围，对烟气进行脱硫除氮。

作为本发明优选的技术方案，第三步中，所述高于300℃的烟气的取风量通过电动风阀 的开度进行调整；所述150℃～300℃之间的烟气通过调节冷风阀的开度降温。

作为本发明优选的技术方案，步骤1中，所述三次风的风量通过三次风阀的开度进行调 节，过剩空气系数控制在0.9；用煤量则控制在分解炉总用煤量的三分之二，煤粉均分两路 送入三次风管入炉点上部，和C4生料充分混合；该弱还原区的C4生料量与分解炉用煤比例 相协调，占C4生料总量的三分之二。

作为本发明优选的技术方案，步骤2中，所述强还原区的过剩空气系数控制在0.7；用 煤量则控制在分解炉总用煤量的三分之一；该强还原区的C4生料量与分解炉用煤比例相协 调，占C4生料总量的三分之一；在氧含量低于5％时，混合气体中加入1％的水蒸气。

作为本发明优选的技术方案，步骤3中，所述火上风的风量的大小通过火上风阀进行调 节。

在本发明的另一方面，提供一种水泥窑旁路放风联合分级燃烧窑尾烟气处理装置，包括： 回转窑的窑尾烟室、分解炉、旋风预热器、双旋风分离器、分层冷却脱硫塔、袋式收尘器； 所述回转窑的窑尾烟室与分解炉连接；回转窑的窑尾烟室通过旁路烟气管道与双旋风分离器 连接；旋风预热器的下料管的热生料一分为二，一部分按原路进入回转窑的窑尾烟室，另一 部分进入从窑尾烟室抽出的旁路烟气；双旋风分离器与分层冷却脱硫塔顶部连接；分层冷却 脱硫塔底部与袋式收尘器连接；分层冷却脱硫塔中部通过还原风管与分解炉连接；所述分解 炉从上至下分别设燃尽区、强还原区、弱还原区。

作为本发明优选的技术方案，所述分解炉下柱体与三次风管连接，所述分解炉上柱体与 火上风管连接，所述分解炉中部与还原风管连接，还原风管另一端与分层冷却脱硫塔连接； 所述还原风管上设有电动风阀和离心风机；所述三次风管上设有三次风阀；所述火上风管上 设有火上风阀。

作为本发明优选的技术方案，所述旁路烟气管道上设有电动旁路放风阀。

作为本发明优选的技术方案，所述分层冷却脱硫塔底部设置有两台冷却风机；所述分层 冷却脱硫塔内设有两层喷水层；所述分层冷却脱硫塔排出的干灰，经第一FU输送机和双层重 锤锁风阀落入第三FU输送机；所述袋式收尘器收集的粉尘，经电动回转下料器落入第二FU 输送机，然后和分层冷却脱硫塔排出的干灰一起被第三FU输送机输送至混合材库，不适宜掺 入水泥的物料则出厂处理；所述分层冷却脱硫塔和袋式收尘器的连接管道上设有冷风阀和电 动风阀；所述袋式收尘器通过排风机与烟囱连接；所述分层冷却脱硫塔通过设有电动风阀的 烟气管道与窑尾余热锅炉或原材料烘干车间连接；所述旋风预热器的下料管的热生料通过高 温分料锁风阀一分为二。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、本发明中旁路放风经过旋风除尘和烟气增湿两道工序进行循环挥发分的收集，以及 从旋风预热器下料管分料进入旁路烟气进行循环挥发分的分离，有效减少了有害元素在烧成 系统中的循环富集，从根源上减轻了烟室、分解炉和预热器结皮的可能性，为生产低碱水泥 奠定了基础，为熟料煅烧制度的稳定保驾护航。

2、本发明中利用旋风预热器下料管中未分解的CaCO₃对窑尾放风烟气进行吸热降温，然 后利用高度分解的CaCO₃生成的CaO对旁路放风烟气进行脱硫处理，既能减少烟气冷却中的热 量损失，又能减少污染气体的排放。

3、本发明中将增湿后的旁路烟气作为分级燃烧中“强还原区”的助燃空气，利用水煤 气的发生原理增强该区的还原气氛，为脱硝和降低氨水喷量提供了强而有力的保障，将旁路 放风技术和分级燃烧技术有机结合起来，突破再燃技术对再燃燃料的苛刻要求，在使用无烟 煤的情况下脱硝效率仍可达90％以上，氨水降低率可达80％。在现有环保排放要求下，甚至可 以达到零喷氨降氮的效果。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1是本发明一种水泥窑旁路放风联合分级燃烧窑尾烟气处理的工艺流程图；

图1中：1是回转窑，2是窑尾烟室，3是分解炉，4是电动旁路放风阀，5是双旋风分 离器，6是分层冷却脱硫塔，7是冷却风机，8是第一FU输送机，9是双层重锤锁风阀，10 是电动风阀，11是袋式收尘器，12是电动回转下料器，13是第二FU输送机，14是第三FU 输送机，15是排风机，16是烟囱，17是电动风阀，18是电动风阀，19是离心风机，20是高 温分料锁风阀，21是三次风阀，22是火上风阀，23是三次风管，24是火上风管，25是还原 风管，26是冷风阀，C5是旋风预热器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明：

如图1所示，一种水泥窑旁路放风联合分级燃烧窑尾烟气处理的工艺，在排风机15的作 用下，通过电动旁路放风阀4从回转窑1与分解炉3的连接部位即窑尾烟室2中抽出1％到15％ 的窑尾烟气作为旁路烟气。旁路烟气在上升烟气管道中与从旋风预热器C5中经高温分料锁风 阀20分离的部分热生料充分混合，进行气料换热。

气料换热后的烟气经双旋风分离器5，将90％的热生料分离后作为脱硫剂进入分层冷却脱 硫塔6底部，烟气则进入分层冷却脱硫塔6中进行分层冷却。

烟气由分层冷却脱硫塔6顶部进入，分层冷却脱硫塔6对烟气进行第一轮的喷水降温， 温度控制在550℃～650℃之间。喷水系统采用自动温度控制系统，根据烟气出口温度变化自 动调节喷水量。烟气继续下行，接收第二轮的喷水降温，烟气温度控制在150℃～300℃之间， 然后与来自双旋风分离器5的热生料混合，形成碱性氛围，对烟气进行脱硫除氮。分层冷却 脱硫塔6底部设置有两台冷却风机7，一方面补充冷风以辅助降温，一方面加强烟气、蒸汽 和热生料三者的充分混合。分层冷却脱硫塔6的中上部采用多层喷水的方式对窑尾放风烟气 进行分层冷却，下部水气与双旋风分离器5来料混合，形成碱性氛围，底部设置冷却风机7 和干湿物料输送设备。

经过分层冷却脱硫塔6处理后的烟气，根据生产要求，低于150℃的烟气进入袋式收尘 器11净化后通过排风机15经烟囱16排入大气；高于300℃的烟气则可以进入窑尾余热锅炉 进行发电，或者作为热风来源进入原材料烘干车间，取风量则通过电动风阀17的开度进行调 整；150℃～300℃之间的烟气则可通过调节冷风阀26的开度，降温后通过电动风阀10进入 袋式收尘器11。

分层冷却脱硫塔6排出的干灰，经第一FU输送机8和双层重锤锁风阀9落入第三FU输 送机14，湿渣则外排处理。袋式收尘器11收集的粉尘，经电动回转下料器12落入第二FU 输送机13，然后和分层冷却脱硫塔6排出的干灰一起被第三FU输送机14输送至混合材库， 不适宜掺入水泥的物料则出厂处理。

如图1所示，以上部分为水泥窑窑尾旁路放风的烟气走向和粉尘处理流程。

如图1所示，以下部分为水泥窑分解炉的分级燃烧烟气处理过程：

如图1所示，对窑尾煤粉输送管道进行改造，利用分风分煤分料的方式，在分解炉3内 部内自下而上建立三个燃烧区域，即“弱还原区”、“强还原区”和“燃尽区”。从分层冷却脱 硫塔6引入650℃左右的富含水蒸气的旁路风，进入“强还原区”，利用水煤气发生原理形成 还原性气体CO和H₂，进而把NO_X还原成N₂；窑尾旁路放风烟气经分层冷却脱硫塔6分层降温 后，一部分进入余热发电或作为烘干热源，一部分由袋式收尘器11净化后排入大气，收集的 物料则根据干湿情况选择外排或者作为生产水泥的混合材。分解炉3内三个燃烧区域的具体 分级燃烧步骤包括如下：

来自回转窑1的烟气，除去1％到15％的旁路烟气外，大部分进入分解炉3，并在分解炉3 锥部或下柱体与来自三次风管23的三次风汇合后作为分解炉3“弱还原区”的助燃空气。三 次风的风量可以通过三次风阀21的开度进行调节，过剩空气系数控制在0.9左右。用煤量(即 图1中的主煤)则控制在分解炉3总用煤量的三分之二，煤粉均分两路送入三次风管23入炉 点上部，和C4生料(即图1中的C4物料)充分混合。该区(即图1中的弱还原区)的C4生 料量与分解炉3用煤比例相协调，约占C4生料总量的三分之二。

在离心风机19的作用下，通过调整电动风阀18的开度，从分层冷却脱硫塔6中抽取650℃ 左右的富含水蒸气的窑尾旁路风，在分解炉3中部进入“强还原区”，还原风与炉中烟气混合， 作为该区的助燃空气，过剩空气系数控制在0.7左右。用煤量(即图1中的主煤)则控制在 分解炉3总用煤量的三分之一，煤粉均分两路送入还原风管25入炉点上部，和C4生料(即 图1中的C4物料)充分混合。该区(即图1中的强还原区)的C4生料量与分解炉3用煤比 例相协调，约占C4生料总量的三分之一。在氧含量低于5％时，混合气体中加入1％左右的水 蒸气，既能抑制NO的生成，又能缩短煤粉的燃尽时间，同时利用水煤气的发生原理产生的大 量CO和H₂以及再燃煤挥发分中的还原物质，降低回转窑中产生的热力型NO，同时抑制还原 区燃料型NO的形成。

为了保证分解炉3“强还原区”煤粉的燃尽及CO的消除，保证分解炉的发热能力，从三 次风管23中引出一部分风(即图1中的火上风)，于分解炉3顶部切向进入“燃尽区”，火上 风量的大小可以通过火上风阀22进行调节。

如图1所示，通过设置还原风管25的方式，将旁路放风与分级燃烧两个系统有机联系起 来。一方面减少传统旁路放风骤冷技术的热量损失，一方面作为分解炉3的还原风进行烟气 脱硝。

如图1所示，本发明一种水泥窑旁路放风联合分级燃烧窑尾烟气处理装置，包括：回转 窑1的窑尾烟室2、分解炉3、旋风预热器C5、双旋风分离器5、分层冷却脱硫塔6、袋式收 尘器11。其中，回转窑1的窑尾烟室2与分解炉3连接(回转窑1与分解炉3的连接部位即 窑尾烟室2)；回转窑1的窑尾烟室2通过旁路烟气管道与双旋风分离器5连接；旋风预热器 C5的下料管的热生料一分为二，一部分按原路进入回转窑1的窑尾烟室2，另一部分进入从 窑尾烟室2抽出的旁路烟气，经换热分解后进入分层冷却脱硫塔6底部与水气混合，利用形 成的碱性氛围进行降氮脱硫除碱；双旋风分离器5与分层冷却脱硫塔6顶部连接；分层冷却 脱硫塔6底部与袋式收尘器11连接；分层冷却脱硫塔6中部通过还原风管25与分解炉3连 接；

所述分解炉3从上至下分别设燃尽区、强还原区、弱还原区；三次风管23与分解炉3下 柱体连接；火上风管24与分解炉3上柱体连接；还原风管25一端与分解炉3中部连接，另 一端与分层冷却脱硫塔6连接。在还原风管25上设有电动风阀18和离心风机19。三次风管 23上设有三次风阀21。火上风管24上设有火上风阀22。

所述旁路烟气管道上设有电动旁路放风阀4。分层冷却脱硫塔6底部设置有两台冷却风 机7，一方面补充冷风以辅助降温，一方面加强烟气、蒸汽和热生料三者的充分混合。分层 冷却脱硫塔6内设有两层喷水层；分层冷却脱硫塔6排出的干灰，经第一FU输送机8和双层 重锤锁风阀9落入第三FU输送机14。袋式收尘器11收集的粉尘，经电动回转下料器12落 入第二FU输送机13，然后和分层冷却脱硫塔6排出的干灰一起被第三FU输送机14输送至 混合材库，不适宜掺入水泥的物料则出厂处理。分层冷却脱硫塔6和袋式收尘器11的连接管 道上设有冷风阀26和电动风阀10。袋式收尘器11通过排风机15与烟囱16连接。分层冷却 脱硫塔6通过设有电动风阀17的烟气管道与窑尾余热锅炉或原材料烘干车间连接。所述旋风 预热器C5的下料管的热生料通过高温分料锁风阀20一分为二。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细 说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于本发明的保护范 围，发在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、同等替换和改进等，均应包含在本发 明的保护范围之内。