氧化铝焙烧炉及其轴向空气分级燃烧方法与流程

本发明涉及冶金技术领域，具体而言，特别涉及一种氧化铝焙烧炉及其轴向空气分级燃烧方法。

背景技术：

近年中国氧化铝产能保持快速增长，但平均产能利用率仅为70.7%左右；所以在铝行业内的烟气排放标准必定会逐步提高，针对烟气脱硝技术尤为迫切。

氧化铝焙烧炉其nox的来源应该主要是热力型的，因为燃料采用燃料，其中的有机n已经在气化的过程中消耗了，即在燃烧时应该没有有机n，只有氮气在高温生成。热力型nox的生成机理为高温条件下，氧气与氮气发生化学反应，最终生成nox。燃料型nox的生成机理为，燃料中的含氮化合物在加热过程中，部分转化成挥发分型氮，部分转化成焦炭型n，伴随挥发分的燃烧和焦炭的燃烧，氮化合物经过一系列复杂的分解反应、氧化反应，最终形成nox。怎样减少氮氧化物的生成量成为急需解决的问题。

技术实现要素：

本发明旨在至少在一定程度上解决现有技术中的上述技术问题之一。有鉴于此，本发明的一个方面需要提供一种氧化铝焙烧炉，该氧化铝焙烧炉布局合理、安全高效，在不增加运行费用的情况下降低焙烧炉原始氮氧化物的生成。本发明的另一方面需要提供一种氧化铝焙烧炉轴向空气分级燃烧方法。

根据本发明的一个方面提出一种氧化铝焙烧炉，包括：焙烧主炉；变径部，所述变径部的径向尺寸由上至下逐渐减小，所述变径部的上端与所述焙烧主炉相通；燃烧槽，所述燃烧槽上端与所述变径部的下端相通，所述燃烧槽的内壁上设有在第一喷嘴组和位于所述第一喷嘴组上方的第二喷嘴组，所述第一喷嘴组由多个沿周向布置的第一喷嘴构造成，所述第二喷嘴组由多个沿周向布置的第二喷嘴构造成；空气主管，所述空气主管与所述燃烧槽的下端相通，以向所述燃烧槽内提供空气；和空气分级管，所述空气分级管与所述变径部相通，且所述空气分级管与所述变径部切向连接。

根据本发明的氧化铝焙烧炉，结合了氧化铝焙烧炉的工艺特性，采用径向旋切燃烧+轴向空气分级燃烧工艺：其中径向旋切燃烧工艺弱化了燃烧火焰的集中度，减少了高温区（1200℃以上）的生成，从而抑制了热力型氮氧化物的生成条件；轴向空气分级燃烧工艺将燃烧分为贫氧燃烧区和富氧燃烧区，贫氧燃烧区的空气与燃料充分混合燃烧，在上升到富氧燃烧区时，烟气中的燃料得到充分燃烧；此方法既保证了焙烧炉燃烧热量的需求，又降低了氮氧化物的生成量，降低了氧化铝焙烧炉烟气脱硝的难度。

另外，根据本发明上述实施例的氧化铝被烧炉还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述第一喷嘴组的所述第一喷嘴等间距间隔开，所述第二喷嘴组的所述第二喷嘴与所述第一喷嘴的个数相同，所述第一喷嘴和所述第二喷嘴交错布置。

根据本发明的一个实施例，所述第一喷嘴组包括六个喷嘴，所述第二喷嘴组包括六个第二喷嘴，所述第一喷嘴的切圆直径小于所述第二喷嘴的切圆直径。

根据本发明的一个实施例，所述第一喷嘴的切圆直径为0.30-0.40m。

根据本发明的一个实施例，所述第二喷嘴的切圆直径为0.45-0.55m。

根据本发明的一个实施例，所述空气分级管上设有风量调节阀。

根据本发明的一个实施例，所述主空气管与所述燃烧槽之间设有旋流进风器。

根据本发明的一个实施例，所述旋流进风器采用固定式风叶结构，设3至6片叶片，叶片角度范围45°至75°。

根据本发明的第二方面提供了一种氧化铝焙烧炉轴向空气分级燃烧方法，包括以下步骤：将燃料进行分级燃烧，将以生成的氮氧化物生成氮气；在欠氧的燃烧情况下生成原子团，以对氮氧化物还原；将原有的炉底空气分流，保留原有理论空气量的70%作为炉膛内部的一次风从炉低进入，使炉内的燃烧在贫氧富燃料条件下稳定燃烧，保证氧含量α<0.7直接减了热力型产生的氮氧化物；分出的空气进入炉膛的燃尽区在变径段切向式接入，形成旋流风与剩余燃烧物混合，保证完全燃尽。

根据本发明的氧化铝焙烧炉轴向空气分级燃烧方法，结合了氧化铝焙烧炉的工艺特性，采用径向旋切燃烧+轴向空气分级燃烧工艺：其中径向旋切燃烧工艺弱化了燃烧火焰的集中度，减少了高温区（1200℃以上）的生成，从而抑制了热力型氮氧化物的生成条件；轴向空气分级燃烧工艺将燃烧分为贫氧燃烧区和富氧燃烧区，贫氧燃烧区的空气与燃料充分混合燃烧，在上升到富氧燃烧区时，烟气中的燃料得到充分燃烧；此方法既保证了焙烧炉燃烧热量的需求，又降低了氮氧化物的生成量，降低了氧化铝焙烧炉烟气脱硝的难度。

另外，根据本发明上述实施例的氧化铝被烧炉轴向空气分级燃烧方法还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个实施例，将炉膛分成三个区域主燃区、还原区、燃尽区，在主燃区二次燃烧形成还原的气氛，在高温条件和还原气氛条件下生成了碳氢原子，与氮氧化物进行还原反应。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例的氧化铝焙烧炉的结构示意图。

图2a是根据本发明的一个实施例的氧化铝焙烧炉的第一喷嘴组的结构示意图。

图2b是根据本发明的一个实施例的氧化铝焙烧炉的第一喷嘴组的喷射形状示意图。

图3a是根据本发明的一个实施例的氧化铝焙烧炉的第二喷嘴组的结构示意图。

图3b是根据本发明的一个实施例的氧化铝焙烧炉的第二喷嘴组的喷射形状示意图。

图4是根据本发明的一个实施例的氧化铝焙烧炉的旋流进风器结构示意图

图5是根据本发明的一个实施例的氧化铝焙烧炉的结构示意图轴向空气分级燃烧方法的示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

如图1、图2a、图2b、图3a、图3b所示，根据本发明的实施例的氧化铝焙烧炉100，包括：焙烧主炉10、变径部20、燃烧槽30、空气主管40和空气分级管50。

具体而言，变径部20的径向尺寸由上至下逐渐减小，变径部20的上端与焙烧主炉10相通。燃烧槽30上端与变径部20的下端相通。其中，燃料分别在燃烧槽30与变径部20进行两次燃烧，焙料由进料口进入焙烧主炉10，高温烟气与焙料在焙烧主炉10内充分混合进行焙烧。

燃烧槽30的内壁上设有在第一喷嘴组31和位于第一喷嘴组上方的第二喷嘴组32，第一喷嘴组31和第二喷嘴组32与燃料相通，例如，可以由第一喷嘴组31和第二喷嘴组32喷出煤气或天然气。第一喷嘴组31由多个沿周向布置的第一喷嘴311构造成，第二喷嘴组32由多个沿周向布置的第二喷嘴321构造成。

空气主管40与燃烧槽30的下端相通，以向燃烧槽30内提供空气，例如可以提供原有理论空气量的70%的空气。空气分级管50与变径部20相通，且空气分级管50与变径部20切向连接，以向变径部30提供空气，即，空气分级管50可以设置在空气主管40与焙烧炉的变径部20相水平的位置，空气分级管可调风量为燃烧总风量的30%。

根据本发明的氧化铝焙烧炉，结合了氧化铝焙烧炉的工艺特性，采用径向旋切燃烧+轴向空气分级燃烧工艺：其中径向旋切燃烧工艺弱化了燃烧火焰的集中度，减少了高温区（1200℃以上）的生成，从而抑制了热力型氮氧化物的生成条件；轴向空气分级燃烧工艺将燃烧分为贫氧燃烧区和富氧燃烧区，贫氧燃烧区的空气与燃料充分混合燃烧，在上升到富氧燃烧区时，烟气中的燃料得到充分燃烧；此方法既保证了焙烧炉燃烧热量的需求，又降低了氮氧化物的生成量，降低了氧化铝焙烧炉烟气脱硝的难度。

如图2a、图2b、图3a、图3b所示，根据本发明的一个实施例，第一喷嘴组30的第一喷嘴311等间距间隔开，第二喷嘴组32的第二喷嘴321与第一喷嘴311的个数相同，第一喷嘴311和第二喷嘴321交错布置。这里的交错布置可参考图2a、图2b、图3a、图3b，布置错开角度可以为30°。

进一步地，根据本发明的实施例，第一喷嘴组31包括六个第一喷嘴31，第二喷嘴组32包括六个第二喷嘴321，第一喷嘴311的切圆直径小于第二喷嘴321的切圆直径。例如，根据本发明的实施例，第一喷嘴的切圆直径为0.30-0.40m。例如为0.35m。第二喷嘴321的切圆直径为0.45-0.55m。例如为0.5m。

可选地，为了有效地控制风量，空气分级管50上设有风量调节阀51。

如图4所示，根据本发明的一个实施例，主空气管40与燃烧槽30之间可以设有旋流进风器60。进一步地，旋流进风器60采用固定式风叶结构，设3至6片叶片，叶片角度范围45°至75°。

如图5所示，根据本发明的实施例的氧化铝焙烧炉轴向空气分级燃烧方法，包括以下步骤：

s1：将燃料进行分级燃烧，将以生成的氮氧化物生成氮气。

s2：在欠氧的燃烧情况下生成原子团，以对氮氧化物还原。

s3：将原有的炉底空气分流，保留原有理论空气量的70%作为炉膛内部的一次风从炉低进入，使炉内的燃烧在贫氧富燃料条件下稳定燃烧，保证氧含量α<0.7直接减了热力型产生的氮氧化物。

s4：分出的空气进入炉膛的燃尽区在变径段切向式接入，形成旋流风与剩余燃烧物混合，保证完全燃尽。

根据本发明的氧化铝焙烧炉轴向空气分级燃烧方法，结合了氧化铝焙烧炉的工艺特性，采用径向旋切燃烧+轴向空气分级燃烧工艺：其中径向旋切燃烧工艺弱化了燃烧火焰的集中度，减少了高温区（1200℃以上）的生成，从而抑制了热力型氮氧化物的生成条件；轴向空气分级燃烧工艺将燃烧分为贫氧燃烧区和富氧燃烧区，贫氧燃烧区的空气与燃料充分混合燃烧，在上升到富氧燃烧区时，烟气中的燃料得到充分燃烧；此方法既保证了焙烧炉燃烧热量的需求，又降低了氮氧化物的生成量，降低了氧化铝焙烧炉烟气脱硝的难度。

根据本发明的一个实施例，可以将炉膛分成三个区域主燃区、还原区、燃尽区，在主燃区二次燃烧形成还原的气氛，在高温条件和还原气氛条件下生成了碳氢原子，与氮氧化物进行还原反应。

可以理解的是，根据本发明的实施例的氧化铝焙烧炉100以及根据本发明的氧化铝焙烧炉轴向空气分级燃烧方法，可以概括成一下两个步骤来完成。

1、轴向旋切分级燃烧技术

首先将燃料进行分级燃烧，其主要目的是将已生成的（氮氧化物）nox还原成n2，采用二次燃烧技术，在欠氧的燃烧情况下生成活化原子团，用其来还原产生的nox。将炉膛分成三个区域主燃区、还原区、燃尽区，在主燃区二次燃烧形成还原的气氛，在高温条件和还原气氛条件下生成了碳氢原子，与nox进行还原反应。

碳氢原子：

cnhm+o2→c’nh’m+co+h2o

no还原：

no+c’nh’m→c”nh”m+n2+h2o+co

no+c’nh’m→c”nh”m+nhi+h2o+co

一次燃烧采用环绕布置6组喷头切圆φ0.35m喷射，在炉膛内形成三层不同温度层，分别为隔热层、燃烧层、贫氧层。隔热层是燃烧喷头直对炉壁喷射，炉膛内壁与火焰外侧之间形成一层空气层产生隔热作用，起到对炉膛内壁保护和减少热损的作用。燃烧层是主火焰与空气充分接触完全燃烧形成的火焰圈，是主要燃烧层。贫氧层是燃烧层的中心层，因为是切向燃烧所以火焰没有多点重合从而降低高温区（>1200℃）形成条件，同时因为空气大部分被燃烧层隔开燃烧，所以到炉膛中心的已经是贫氧空气，通减少高温区和贫氧状态消除nox形成必备的条件。二次燃烧同样采用同样原理6组喷头环绕布置，但切圆直径改为φ0.5m，主要原因是减少贫氧层高温区间径向重合，防止二次燃烧中的贫氧层出现温度超高产生nox情况。

对于火焰喷嘴可将原来的直射式喷嘴改成分散火焰烧嘴减少火焰重合面积，降低燃烧的高温区。

2、轴向空气分流技术

将原有的炉底空气分流，保留原有理论空气量的70%作为炉膛内部的一次风从炉低进入，使炉内的燃烧在贫氧富燃料条件下稳定燃烧，保证氧含量α<0.7直接减了热力型产生的nox。分出的空气进入炉膛的燃尽区在变径段切向式接入，形成旋流风与剩余燃烧物混合，保证完全燃尽，此时虽然富裕氧含量多但是火焰的温度低，不会在燃尽区内产生较多的nox，并且与二次燃料混合后可还原部分nox。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。