一种水泥窑旁路放风排放废气节能减排利用系统及工艺

摘要

本发明涉及一种水泥窑旁路放风排放废气节能减排利用系统及工艺，主要应用于水泥生产企业。包括窑尾烟室、一级急冷装置、一级急冷风机、SNCR脱硝装置、二级混风装置、二级混风风机、空气预热器、空气鼓风机、收尘器、尾排风机、窑尾烟囱、热风使用装置。其中窑尾烟室、一级急冷装置、二级混风装置、空气预热器、收尘器、尾排风机和窑尾烟囱通过烟道依次顺序连接，其中一级急冷装置采用空气冷却，二级混风装置采用尾排风机后的低温烟气进行冷却，为了达到环保要求，系统中还设置了SNCR脱硝装置。这个系统可以快速有效的降低旁路放风烟气温度，避免管路中发生堵塞，还可以有效的利用烟气中的热量，降低系统的能耗，同时满足环保要求。

说明书

技术领域

本发明涉及一种节能减排系统和工艺,特别是涉及一种水泥窑旁路放风排放废气节能减排利用系统及工艺，主要用于水泥生产企业。

背景技术

当水泥原燃材料中有害元素含量较高，特别是当水泥窑协同处置废弃物时，进入窑系统中的氯、硫、碱等有害物质会超标，这些有害物质在系统内的循环富集，尤其在窑尾烟室部分碱、氯、硫化合物浓度达到最高值。这会导致烟室、分解炉和部分旋风筒出现结皮、堵塞的现象，影响系统的正常运行，严重时甚至会导致系统减产、停产。为了消除氯、硫、碱等元素对水泥生产造成的不良影响，提高水泥窑协同处置废弃物的适应性，目前主要采取旁路放风技术来解决上述问题。

旁路放风技术是指在水泥窑窑尾烟室R+、Cl–、S浓度较大的部位，开设放风口放出部分高温窑气和粉尘，以减少R+、Cl–、S含量，减少结皮和堵塞现象的措施。其中，高温窑气经过降温、除尘后排入大气；收集的粉尘通过配料入库均化或丢弃。

当前旁路放风技术在实施过程中主要存在以下问题。第一、窑尾烟室中的高温烟气中含有粉尘，且粉尘表面还有大量碱性化合物，因此粉尘黏度大，在取风过程中存在窑灰粘结堵塞的问题；第二、抽出的高温烟气经过降温、除尘后排入大气，高温烟气热量没有回收，水泥窑热耗增加；第三、仅采用混风方式冷却高温烟气将会大大增加系统的风量，从而导致收尘器和尾排风机的选型增大，系统的造价较高；第四、回转窑运行温度达到1600℃以上，在将各种有毒有害物质固化、分解的同时，会产生大量以热力型和燃料型为主的NOx，烟室烟气中NOx浓度甚至可高达1500mg/Nm3以上，直接设置烟囱排放难以满足环保排放要求；

发明内容

鉴于现有技术存在的问题，本发明所解决的技术问题是提供一种水泥窑旁路放风排放废气节能减排利用系统及工艺，可以综合利用旁路放风高温烟气中的热量，降低水泥生产的能耗，节省系统的成本，并且满足日益严格的环保排放要求。

本发明所采用的技术方案是：一种水泥窑旁路放风排放废气节能减排利用系统及工艺，包括窑尾烟室、一级急冷装置、一级急冷风机、SNCR脱硝装置、二级混风装置、二级混风风机、空气预热器、空气鼓风机、收尘器、尾排风机、窑尾烟囱、热风使用装置；所述的窑尾烟室、一级急冷装置、SNCR脱硝装置、二级混风装置、空气预热器、收尘器、尾排风机和窑尾烟囱通过烟道依次顺序连接；所述的一级急冷装置的冷却风入口与一级急冷风机出口相连，一级急冷风机入口与空气相连；所述的二级混风装置的冷却风入口与二级混风风机出口相连，二级混风风机的入口与尾排风机的出口相连；所述的空气预热器的空气入口与空气鼓风机出口相连，空气预热器的空气出口与热风使用装置入口相连。

所述的热风使用装置是三次风管或者窑尾SP余热锅炉或者窑头AQC余热锅炉。

所述的一级急冷装置烟气出口、所述的二级混风装置烟气出口、所述的空气预热器热空气出口和空气预热器热烟气出口分别设置热电偶。

所述的一级急冷装置与一级急冷风机连接风管上设有控制风量的阀门；所述的二级混风装置与二级混风风机连接风管上设有控制风量的阀门；所述的空气预热器空气入口与鼓风机连接风管上设有控制风量的阀门。

所述的一级急冷装置采用蜗壳结构或者套管结构。

所述的蜗壳结构的一级急冷装置为圆筒形，圆筒的两端与烟气管路连接，圆筒侧面切向位置设置冷却风入口。

所述的套管结构的一级急冷装置由内外同心的两个套管构成，套管端部设有端板，使两个套管之间形成封闭空腔；其中，内套管两端与烟气管路连接，内套管圆周壁面上开设多个孔，外套管管壁设有冷却风入口。

所述的一级急冷装置的烟气出口温度为500℃～1100℃，二级混风装置的烟气出口温度为300℃～950℃，空气预热器热空气出口温度为200℃～800℃，空气预热器热烟气出口温度为100℃～360℃。

本发明的工作流程：在水泥窑窑尾烟室“R+、Cl–、S”富集部位开设放风口，经过旁路取风烟道抽取出部分“R+、Cl–、S”含量较高且温度为1200℃的高温烟气，高温烟气通过烟道进入一级急冷装置中，与来自一级急冷风机出口的冷空气混合冷却，为了防止烟气中粘性粉尘在一级急冷装置的内壁面粘结发生堵塞，一级急冷装置采用蜗壳结构或者套管结构。其中，蜗壳结构的一级急冷装置结构简单，冷却风从切向进入由于惯性作用，沿着壁面运动，从而将热烟气包裹在内，防止粉尘在壁面发生粘结堵塞；套管结构的一级急冷装置，冷却风由内套管壁面小孔进入，产生一定的风压，防止了粉尘在壁面发生粘结堵塞，同时也可以有效的与烟气混合降温。经过一级急冷装置冷却后的烟气温度降至500℃～1100℃，通过调整一级急冷装置与一级急冷风机连接风管上的阀门开度，调整进入一级急冷装置的冷却风量，使冷却后烟气的温度最优为850℃～1050℃。该烟气然后进入SNCR脱硝装置中，脱除烟气中的NOx。经过脱硝后的烟气进入二级混风装置内，与二级混风风机出口的冷却烟气充分混合冷却至300℃～950℃，通过调整二级混风装置与二级混风风机连接风管上的阀门开度，调整进入二级混风装置的冷却风量，使冷却后烟气的温度最优为650℃。经二级混风装置冷却后的热烟气进入空气预热器中，通过空气预热器换热面与空气鼓风机输入的冷空气发生热量交换，换热后空气温度升至200℃～800℃，换热后的烟气温度降至100℃～360℃。通过调整空气预热器空气入口与鼓风机连接风管上的阀门开度，调整输入至空气预热器中的冷空气量，使经过空气预热器换热后热空气的出口温度最优为450℃～550℃，经过空气预热器换热后出口烟气的温度最优为160℃。然后烟气进入收尘器进行除尘。除尘后的烟气经过尾排风机，其中一部分烟气进入窑尾烟囱，另一部分烟气经过二级混风风机送至二级混风装置冷却风入口。空气预热器出口热空气可以送至三次风管，进入分解炉中作为助燃风。也可以送至窑尾SP余热锅炉入口，增加窑尾SP锅炉的产汽量。还可以送至窑头AQC余热锅炉入口，增加窑头AQC锅炉的产汽量。

本发明的有益效果如下：

1.一级急冷装置采用蜗壳结构或者套管结构，在热烟气与装置壁面之间形成一个冷却隔离层，可以有效解决旁路放风烟气中粉尘容易在壁面发生粘结堵塞的问题，保证系统良好稳定的运行。

2.通过空气预热器将旁路放风废气中的余热进行充分利用。空气预热器产生的热空气可以送入三次风管后进入分解炉作为助燃风，这样窑头篦冷机抽取的三次风量相应减少，篦冷机零压面前移，从而影响进入窑头锅炉的烟气热量增大，窑头锅炉产汽量相应增大；空气预热器产生的热空气可以送入窑尾SP锅炉进口，这样可以增加窑尾SP锅炉产汽量；空气预热器产生的热空气还可以送入窑头AQC锅炉进口，这样可以增加窑头AQC锅炉产汽量；通过以上方法可有效提高水泥窑余热发电功率5～30％左右。

3.通过该系统从窑尾烟室内排出了部分富集钾、钠、氯、硫有害成分的烟气，然后通过空气预热器补充了一部分三次风，从而提高了分解炉中烟气的氧含量，进而达到改善窑系统的燃烧状况、提高煤燃烧效率、降低煤耗的作用。

4.通过空气预热器对高温高碱烟气进行冷却，还可以有效降低系统中掺入的冷却风量，大大降低收尘器和尾排风机的能力，降低旁路放风综合利用系统的总造价。

5.水泥窑窑尾烟室是NOx浓度最大的富集部位，在此开设放风口放出部分高温窑气，这部分高温窑气经一次急冷装置混风后，温度降至850℃～1050℃。在该温度下，采用SNCR脱硝工艺，氨水与高浓度的NOx可以更充分的发生化学反应，脱硝效果更好，这样变相的提高了系统脱硝效率。该装置使用的氨水相较于旁路放风前会有所减少，在满足环保要求的情况下，可以节约系统的运行成本10％左右。

6.二次混风装置中冷却风采用的是尾排风机出口的烟气，由于该部分烟气中氧含量较低，形成低温缺氧还原气氛，因此混风后的烟气中NOx含量大大降低，与采用空气进行二次混风相比，该系统排出的烟气中NOx浓度可以从400mg/m3左右降低至320mg/m3左右，从而满足日益严苛的环保排放要求。

7.通过该方法排出系统中钾钠氯硫等有害成分后，系统中的碱含量有所降低，从而满足生产企业用来生产低碱水泥的需要。

附图说明

图1为本发明的工艺系统图Ⅰ

图2为本发明的工艺系统图Ⅱ

图3为本发明的工艺系统图Ⅲ

图4为蜗壳式一级急冷装置结构示意图

图5为套管式一级急冷装置结构示意图

图中标记为：窑尾烟室1，一级急冷装置2，一级急冷风机3，二级混风装置4，二级混风风机5，空气预热器6，空气鼓风机7，收尘器8，尾排风机9，窑尾烟囱10，三次风管11，窑尾SP锅炉12，窑头AQC锅炉13，SNCR脱硝装置14，冷却风入口15，外套管16，内套管17，烟气入口18，烟气出口19

具体实施方式

下面结合附图做进一步说明。

首先对文中简称作如下解释：

SNCR：Selective Non-Catalytic Reduction，脱硝技术即选择性非催化还原；

AQC：Air Quenching Cooler，篦式冷却机；

SP：Suspension Preheater，悬浮预热器。

如图1所示，窑尾烟室、一级急冷装置、SNCR脱硝装置、二级混风装置、空气预热器、收尘器、尾排风机和窑尾烟囱通过烟道依次顺序连接。其中，一级急冷装置的冷却风入口与一级急冷风机出口相连，一级急冷风机入口与空气相连；二级混风装置的冷却风入口与二级混风风机出口相连，二级混风风机的入口与尾排风机的出口相连；空气预热器的空气入口与空气鼓风机出口相连，空气预热器的空气出口与三次风管相连。

系统中，在一级急冷装置烟气出口、二级混风装置烟气出口、空气预热器热空气出口和空气预热器热烟气出口分别设置热电偶，用于检测介质的温度。

在一级急冷装置与一级急冷风机连接风管上设有控制风量的阀门；二级混风装置与二级混风风机连接风管上设有控制风量的阀门；空气预热器空气入口与鼓风机连接风管上设有控制风量的阀门，通过控制这些阀门的开度来调整介质的流量。

具体工作流程：在水泥窑窑尾烟室“R+、Cl–、S”富集部位开设放风口，经过旁路取风烟道抽取出部分“R+、Cl–、S”含量较高且温度为1200℃的高温烟气，高温烟气通过烟道进入一级急冷装置中，与来自一级急冷风机出口的冷空气混合冷却。经过一级急冷装置冷却后的烟气温度降至500℃～1100℃，通过调整一级急冷装置与一级急冷风机连接风管上的阀门开度，调整进入一级急冷装置的冷却风量，使冷却后烟气的温度最优为850℃～1050℃。该烟气然后进入SNCR脱硝装置中，脱除烟气中的NOx。脱硝后的烟气进入二级混风装置内，与二级混风风机出口的冷却烟气充分混合冷却至300℃～950℃，通过调整二级混风装置与二级混风风机连接风管上的阀门开度，调整进入二级混风装置的冷却风量，使冷却后烟气的温度最优为650℃。经二级混风装置冷却后的热烟气进入空气预热器中，通过空气预热器换热面与空气鼓风机输入的冷空气发生热量交换，换热后空气温度升至200℃～800℃，换热后的烟气温度降至100℃～360℃。通过调整空气预热器空气入口与鼓风机连接风管上的阀门开度，调整输入至空气预热器中的冷空气量，使经过空气预热器换热后热空气的出口温度最优为450℃～550℃，经过空气预热器换热后出口烟气的温度最优为160℃。然后烟气进入收尘器进行除尘。除尘后的烟气经过尾排风机，其中一部分烟气进入窑尾烟囱，另一部分烟气经过二级混风风机送至二级混风装置冷却风入口。空气预热器出口热空气可以送至三次风管，进入分解炉中作为助燃风。

如图2所示，窑尾烟室、一级急冷装置、SNCR脱硝装置、二级混风装置、空气预热器、收尘器、尾排风机和窑尾烟囱通过烟道依次顺序连接。其中，一级急冷装置的冷却风入口与一级急冷风机出口相连，一级急冷风机入口与空气相连；二级混风装置的冷却风入口与二级混风风机出口相连，二级混风风机的入口与尾排风机的出口相连；空气预热器的空气入口与空气鼓风机出口相连，空气预热器的空气出口与窑尾SP余热锅炉入口相连。

系统中，在一级急冷装置烟气出口、二级混风装置烟气出口、空气预热器热空气出口和空气预热器热烟气出口分别设置热电偶，用于检测介质的温度。

在一级急冷装置与一级急冷风机连接风管上设有控制风量的阀门；二级混风装置与二级混风风机连接风管上设有控制风量的阀门；空气预热器空气入口与鼓风机连接风管上设有控制风量的阀门，通过控制这些阀门的开度来调整介质的流量。

具体工作流程：在水泥窑窑尾烟室“R+、Cl–、S”富集部位开设放风口，经过旁路取风烟道抽取出部分“R+、Cl–、S”含量较高且温度为1200℃的高温烟气，高温烟气通过烟道进入一级急冷装置中，与来自一级急冷风机出口的冷空气混合冷却。经过一级急冷装置冷却后的烟气温度降至500℃～1100℃，通过调整一级急冷装置与一级急冷风机连接风管上的阀门开度，调整进入一级急冷装置的冷却风量，使冷却后烟气的温度最优为850℃～1050℃。该烟气然后进入SNCR脱硝装置中，脱除烟气中的NOx。脱硝后的烟气进入二级混风装置内，与二级混风风机出口的冷却烟气充分混合冷却至300℃～950℃，通过调整二级混风装置与二级混风风机连接风管上的阀门开度，调整进入二级混风装置的冷却风量，使冷却后烟气的温度最优为650℃。经二级混风装置冷却后的热烟气进入空气预热器中，通过空气预热器换热面与空气鼓风机输入的冷空气发生热量交换，换热后空气温度升至200℃～800℃，换热后的烟气温度降至100℃～360℃。通过调整空气预热器空气入口与鼓风机连接风管上的阀门开度，调整输入至空气预热器中的冷空气量，使经过空气预热器换热后热空气的出口温度最优为450℃～550℃，经过空气预热器换热后出口烟气的温度最优为160℃。然后烟气进入收尘器进行除尘。除尘后的烟气经过尾排风机，其中一部分烟气进入窑尾烟囱，另一部分烟气经过二级混风风机送至二级混风装置冷却风入口。空气预热器出口热空气可以送至窑尾SP余热锅炉入口，增加窑尾SP锅炉的产汽量。

如图3所示，窑尾烟室、一级急冷装置、SNCR脱硝装置、二级混风装置、空气预热器、收尘器、尾排风机和窑尾烟囱通过烟道依次顺序连接。其中，一级急冷装置的冷却风入口与一级急冷风机出口相连，一级急冷风机入口与空气相连；二级混风装置的冷却风入口与二级混风风机出口相连，二级混风风机的入口与尾排风机的出口相连；空气预热器的空气入口与空气鼓风机出口相连，空气预热器的空气出口与窑头AQC余热锅炉入口相连。

系统中，在一级急冷装置烟气出口、二级混风装置烟气出口、空气预热器热空气出口和空气预热器热烟气出口分别设置热电偶，用于检测介质的温度。

在一级急冷装置与一级急冷风机连接风管上设有控制风量的阀门；二级混风装置与二级混风风机连接风管上设有控制风量的阀门；空气预热器空气入口与鼓风机连接风管上设有控制风量的阀门，通过控制这些阀门的开度来调整介质的流量。

具体工作流程：在水泥窑窑尾烟室“R+、Cl–、S”富集部位开设放风口，经过旁路取风烟道抽取出部分“R+、Cl–、S”含量较高且温度为1200℃的高温烟气，高温烟气通过烟道进入一级急冷装置中，与来自一级急冷风机出口的冷空气混合冷却。经过一级急冷装置冷却后的烟气温度降至500℃～1100℃，通过调整一级急冷装置与一级急冷风机连接风管上的阀门开度，调整进入一级急冷装置的冷却风量，使冷却后烟气的温度最优为850℃～1050℃。该烟气然后进入SNCR脱硝装置中，脱除烟气中的NOx。脱硝后的烟气进入二级混风装置内，与二级混风风机出口的冷却烟气充分混合冷却至300℃～950℃，通过调整二级混风装置与二级混风风机连接风管上的阀门开度，调整进入二级混风装置的冷却风量，使冷却后烟气的温度最优为650℃。经二级混风装置冷却后的热烟气进入空气预热器中，通过空气预热器换热面与空气鼓风机输入的冷空气发生热量交换，换热后空气温度升至200℃～800℃，换热后的烟气温度降至100℃～360℃。通过调整空气预热器空气入口与鼓风机连接风管上的阀门开度，调整输入至空气预热器中的冷空气量，使经过空气预热器换热后热空气的出口温度最优为450℃～550℃，经过空气预热器换热后出口烟气的温度最优为160℃。然后烟气进入收尘器进行除尘。除尘后的烟气经过尾排风机，其中一部分烟气进入窑尾烟囱，另一部分烟气经过二级混风风机送至二级混风装置冷却风入口。空气预热器出口热空气可以送至窑头AQC余热锅炉入口，增加窑头AQC锅炉的产汽量。

如图4所示，一级急冷装置为圆筒形结构，圆筒的两端与烟气管路连接，圆筒侧面切向位置设置冷却风入口。经过冷却风切向入口进入圆筒内的冷却风，由于惯性作用在圆筒内壁旋转，从而在圆筒内壁形成一个冷却层，将热烟气完全包裹在其中，这从根本上防止了高温烟气中的黏性粉尘在一级急冷装置的内壁面粘结发生堵塞。

如图5所示，一级急冷装置由内外同心的两个套管构成，套管端部设有端板，使两个套管之间形成封闭空腔；其中，内套管两端与烟气管路连接，内套管圆周壁面上开设多个孔，外套管管壁设有冷却风入口。由于冷却风经过内套管壁面上的小孔径向进入内套管中，产生一定的风压，防止了粉尘在壁面发生粘结堵塞。同时，热烟气能够快速与冷却空气混合，有效的降低烟气的温度。