一种降低水泥回转窑烧成带区域氮氧化物排放量的方法及其专用设备的制作方法

专利名称：一种降低水泥回转窑烧成带区域氮氧化物排放量的方法及其专用设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及水泥生产过程中降低水泥回转窑烧成带区域氮氧化物排放的方法，特别是涉及一种水泥窑窑头喷氨降低水泥回转窑烧成带区域氮氧化物排放的方法及其专用设备。
背景技术：
随着我国科技发展水平的不断进步和人民生活水平的不断提高，建筑行业已成为国民经济发展的主要投资领域之一。水泥作为建筑行业必不可少的材料，其需求量将越来越大。2011年，我国的水泥产量达到20. 6亿吨。然而，生产水泥所排放的氮氧化物造成的大气污染已严重破坏了地球的生态环境。据统计，每生产It水泥熟料将产生2. 4kg氮氧化物。水泥工业已经成为继电力行业之后，与汽车尾气排放量相当的氮氧化物排放大户，因此，必须采取有效的处理方法降低水泥制备过程中氮氧化物的排放量。《水泥工业“十二五”发展规划》也明确提出减少氮氧化物排放的要求。水泥生产过程中产生的氮氧化物包括一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)和一氧化二氮(N2O)等，其中90-95%以上为一氧化氮。按照生成机理的不同，氮氧化物分为燃料型、热力型和快速型三种，以前两种为主。目前，水泥窑降低氮氧化物的主要措施包括采用水泥熟料煅烧循环预烧工艺技术(“水泥熟料煅烧循环预烧工艺及装置”，专利申请号200310104171. O)、在生料中加入还原剂或还原剂和催化剂的方法(“干法水泥窑炉燃煤产生氮氧化物的处理方法”，专利申请号201110005362. 6)、分解炉中加入固氮剂的方法(“一种处理新型干法水泥窑炉燃煤产生的NOx的方法”，专利申请号201010194806. O)、分解炉喷氨技术(“一种降低水泥窑氮氧化物排放的方法”，专利申请号03129932. 6 ;“一种水泥窑烟气NOx控制工艺及其装置”，专利申请号200810144169. 9)、分段燃烧技术(“降低氮氧化物生成量的燃烧方法及其装置”，专利申请号89109301. X ;“减少氮氧化物生成的分阶段燃烧”，专利申请号95107195. 5)和富氧燃烧技术(“一种低氮氧化物排放的富氧燃烧方法”，专利申请号200610123491. 4)等。上述这些方法只能降低整个水泥生产过程中部分氮氧化物的排放，一般降低幅度不超过60%。另一方面，这些方法因需在生料进入回转窑之前进行处理，还需对水泥生产工艺进行调整，不利于在原有生产系统中推广。

发明内容
为解决现有水泥生产过程中氮氧化物减排效果不理想的缺陷，本发明提供了一种减排效果较好的水泥窑窑头喷氨降低水泥生产过程中水泥回转窑烧成带区域氮氧化物排放量的方法。本发明所提供的降低水泥回转窑烧成带区域氮氧化物排放量的方法，是向水泥回转窑烧成带温度为1600-1800°C的区域喷施氨水，喷施压力为25-30kg/cm2，喷施时与压力为25-30kg/cm2的压缩空气混合，喷施的氨水呈平均粒径为10-20 μ m的微细雾化液滴，喷施量为 NH3/NO (V/V) =1.0-2. O0所述氨水的质量浓度为20-25%。喷施量优选为NH3/N0 (V/V) =1. 0-1. 5。本发明另一目的是提供一种用于降低水泥回转窑烧成带区域氮氧化物排放量的设备，其设有液路系统(A)用于提供一定压力的氨水，气路系统(B)用于提供一定压力的压缩空气，喷施系统(C)用于混合氨水与压缩空气并向水泥回转窑烧成带区域喷施该混合物。所述液路系统(A)用于通入氨水并给氨水加压，包括以下组件I)氨水储罐I :用于盛装氨水；
2)截止阀2 :其开启和关闭可控制氨水从氨水储罐I中流出和停止流出，并可调节流量的大小；3)过滤器3 :用于过滤氨水，以提高氨水的纯度；4)加压泵4 :用于给氨水加压；5)止回阀5 :用控制加压氨水的流向，避免其倒流；6)带法兰球型阀6 :用于控制加压氨水的流量及压力大小；7)压力表7 :用于监测加压氨水的压力；8)氨水管路12;9)液路连接软管10;组件I) -7)从依次连接，其中，组件I) -6)通过氨水管路12连接，组件6) -7)通过液路连接软管10连接。所述气路系统(B)用于通入压缩空气并给空气加压，包括以下组件I)压缩空气管网用于通入压缩空气；2)带法兰球型阀61 :用于控制来自压缩空气管网的压缩空气的流量；3)加压泵4丨:用于给压缩空气加压；4)带法兰球型阀62 :用于控制加压空气的流量及压力大小；5)压力表7 ’ :用于监测加压空气的压力；6)压缩空气管路13;7)气路连接软管11;组件I) -4)依次连接，其中，组件I) -4)通过压缩空气管路13连接，组件4) _5)通过气路连接软管11连接。所述喷施系统(C)用于混合氨水与压缩空气并喷施该混合物，包括分别与液路系统(A)和气路系统(B)连接的喷枪8和伸入水泥回转窑烧成带区域的喷嘴9，加压的氨水和压缩空气在喷枪8中混合，氨水和压缩空气的混合物从喷嘴9喷出。所述设备还包括回液系统(D)，用于水泥回转窑停机后放空液路系统(A)管道中残余的氨水；所述回液系统(D)包括以下组件I)带法兰球型阀6丨:用于控制加压氨水的流量；2)止回阀5 ^ :用控制加压氨水的流向，避免其倒流；3)截止阀2丨:其开启和关闭可控制氨水向氨水储罐I中流入和停止流入，并可调节流量的大小；
4)氨水管路12 '；组件1)-3)通过氨水管路12 '依次连接，回液系统(D)的带法兰球型阀6 '的另一端与液路系统(A)的止回阀5的出口端通过氨水管路12丨相连，回液系统(D)的截止阀2'的另一端与液路系统(A)的氨水储罐I的进口通过氨水管路12'相连。本发明进一步提供利用前述设备降低水泥 回转窑烧成带区域氮氧化物排放量的方法，是针对水泥回转窑烧成带温度为1600-1800°C的区域，将喷施系统(C)中喷枪8上的喷嘴9置入水泥回转窑的窑头，分别打开氨水管路12和压缩空气管路13上的阀体，使放置在±0. 00平面上的氨水储罐I中的氨水由氨水储罐I依次经过液路系统(A)的截止阀2、过滤器3、加压泵4、止回阀5、带法兰球型阀6、液路连接软管10和压力表7后流向喷枪8，经过加压泵4加压的氨水通过带法兰球型阀6调节进入喷枪的氨水压力为25-30kg/cm2，供氨水量控制在NH3/N0=1. 0-2. O (优选为I. 0-1. 5)范围内；压缩空气依次经过气路系统(B)的带法兰球型阀61、加压泵4丨、带法兰球型阀62、气路连接软管11和压力表7将压缩空气供给喷枪8，通过带法兰球型阀62调节压缩空气的压力为25-30kg/cm2 ;氨水和压缩空气在喷枪8中混合均匀，通过喷枪8上的喷嘴9射出平均粒径在10-20 μ m的微细雾化液滴至水泥回转窑烧成带的上部区域内。该方法中，多余的氨水依次所述回液系统(D)的带法兰球型阀6'、止回阀5'和截止阀2 '返回氨水储罐I。本发明通过以上设计提供了降低水泥回转窑烧成带区域氮氧化物排放量的方法及其专用设备。该方法在水泥窑窑头烧成带区域喷入氨，氨还原烟气中的氮氧化物(NOx)使其转化为N2，从而降低氮氧化物的排放量。本发明不受水泥生产工艺的制约，降低氮氧化物幅度大(可达90%以上)，从而减少了对地球的环境污染，并且能根据排放达标的要求灵活选择参数，操作方便，工艺过程简单，应用前景广阔。下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明。


图I为本发明用于降低水泥回转窑烧成带区域氮氧化物排放量的专用设备结构示意2为本发明用于降低水泥回转窑烧成带区域氮氧化物排放量的专用设备中的喷枪置入水泥回转窑位置(与图I左上角所示虚线部分对应)的示意3为图2的俯视图附图标记I氨水储罐；10液路连接软管；2，2 ’截止阀；11气路连接软管；3过滤器；12氨水管路；4，4丨加压泵；13压缩空气管路；5, 5 ;止回阀；12 '回流氨水管路；6,6 ;，61，62带法兰球型阀； 15喷煤管；7，7 ’压力表；16水泥回转窑；8, 8 ;喷枪；17窑头罩。
9，9 丨喷嘴；
具体实施例方式发明人研究发现，在水泥回转窑生产水泥熟料的过程中，由于30-40%的燃料在水泥回转窑内燃烧，产生大量燃料型氮氧化物；同时，回转窑的烧成带区域的局部温度高达1600-1800°C，这一温度又促进了大量热力型氮氧化物的产生。在水泥回转窑烧成带区域的燃烧气体中会有大量燃料型氮氧化物和热力型氮氧化物的产生和排放，是整个水泥生产过程中主要的氮氧化物生成区域。为此，在这一区域进行氮氧化物减排，意义重大，本发明旨在提供降低水泥生产过程中水泥回转窑烧成带区域氮氧化物排放量的方法。目前，国内外还没有针对这一区域氮氧化物进行减排的相关研究报道。
本发明所提供的降低水泥生产过程中水泥回转窑烧成带区域氮氧化物排放量的方法，是向水泥回转窑烧成带区域喷施氨水，通过氨还原水泥回转窑烧成带区域产生的大部分(90%以上)氮氧化物(Ν0、Ν02和N2O,主要是NO，NO2和N2O浓度很低，仅为5%左右，可忽略不计)，使其转化为N2，从而达到降低水泥生产过程中水泥回转窑烧成带区域氮氧化物排放量的目的。为此，本发明进行了喷施过程中具体参数的优化研究喷施暈的优化水泥回转窑烧成带区域产生的氮氧化物(NOx) 90-95%以上为NO，NO和氨水的反应过程可用下述化学方程式表示4N0+4NH3+02 — 4N2+6H20 (式 I )6N0+4NH3 — 5N2+6H20(式 II)当水泥回转窑的烟气中有氧气存在时，式I所示的化学反应优先进行，此时，NH3消耗量与NO还原量有摩尔比I :1的关系；当水泥回转窑的烟气中没有氧气时，式II所示的化学反应优先进行，此时，NH3消耗量与NO还原量的比例为摩尔比1:1. 5。在水泥回转窑的烟气中,NO2 —般约占NOx总量的5%,NO2和氨水的反应过程可用下述化学方程式表示2N02+4NH3+02 — 3N2+6H20 (式 III)6N02+8NH3 — 7N2+12H20 (式 IV)上述两个反应(式III和式IV)表明还原NO2比还原NO需要更多的順3。由于在水泥回转窑的烟气中，NO2仅占NOx总量的一小部分(约5% )，因此NO2对氨水消耗量的影响并不显著，可忽略不计。由于氨水是易挥发性液体，因此，在还原NO的过程中氨水需要过量(补充氨水的挥发性损失)。本发明氨水的喷施量在NH3/N0 (V/V)=1.0-2.0 1 (1.0 :1. O无氧下过量，1.5 :1. O有氧过量，2. O :1. O考虑加上NO2过量)范围内均可，优选为I. 0-1. 5。喷施方式的诜择单喷氨水时，氨水在水泥回转窑烧成带的分散性较差，进而影响氨水与NOx的反应效率。因此，为提高水泥回转窑烧成带气氛中氨水的分散均匀性，提高氨水与NOx的反应效率，将氨水与压力为25-30kg/cm2的压缩空气混合后再同时喷施。氨水与压缩空气按压力在设定范围内配合均可。氨水喷施压力的优化
喷施压力过低，氨水无法喷射到烧成带区域，进而无法还原烧成带NOx ;喷施压力过高，氨水在烧成带区域的停留时间过短，进而还原烧成带NOx不充分。经水泥回转窑的烟气分析仪检测得知，喷施氨水前，NOx排放浓度为496mg/Nm3。选取浓度为20%的氨水，设定压缩空气的压力为28kg/cm2，改变氨水的喷施压力，检测其NOx的减排率，以此寻求氨水最佳喷施压力，试验结果见表I。表I :喷施压力的优化试验结果
权利要求
1.一种降低水泥回转窑烧成带区域氮氧化物排放量的方法，是向水泥回转窑烧成带温度为1600-1800°C的区域喷施氨水，喷施压カ为25-30kg/cm2，喷施时与压カ为25_30kg/cm2的压缩空气混合，喷施的氨水呈平均粒径为10-20 u m的微细雾化液滴，喷施量为NH3/NO(V/V) =1. 0-2. O。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于所述氨水的质量浓度为20-25%。
3.根据权利要求I或2所述的方法，其特征在于喷施量优选为NH3/NO(V/V)=l.0-1. 5。
4.用于降低水泥回转窑烧成带区域氮氧化物排放量的设备，设有液路系统(A)用于提供一定压カ的氨水，气路系统(B)用于提供一定压カ的压缩空气,喷施系统(C)用于混合氨水与压缩空气并向水泥回转窑烧成带区域喷施该混合物。
5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述液路系统(A)用于通入氨水并给氨水加压，包括以下组件 1)氨水储罐I:用于盛装氨水； 2)截止阀2:其开启和关闭可控制氨水从氨水储罐I中流出和停止流出，并可调节流量的大小； 3)过滤器3:用于过滤氨水，以提高氨水的纯度； 4)加压泵4:用于给氨水加压； 5)止回阀5:用控制加压氨水的流向，避免其倒流； 6)带法兰球型阀6:用于控制加压氨水的流量及压カ大小； 7)压カ表7:用于监测加压氨水的压カ； 8)氨水管路12； 9)液路连接软管10； 组件I)-7)从依次连接，其中，组件I)-6)通过氨水管路12连接，组件6)-7)通过液路连接软管10连接。
6.根据权利要求4或5所述的设备，其特征在于，所述气路系统(B)用于通入压缩空气并给空气加压，包括以下组件 1)压缩空气管网用于通入压缩空气； 2)带法兰球型阀61:用于控制来自压缩空气管网的压缩空气的流量； 3)加压泵4':用于给压缩空气加压； 4)带法兰球型阀62:用于控制加压空气的流量及压カ大小； 5)压カ表7丨:用于监测加压空气的压カ； 6)压缩空气管路13; 7)气路连接软管11； 组件I)-4)依次连接，其中，组件I)-4)通过压缩空气管路13连接，组件4)-5)通过气路连接软管11连接。
7.根据权利要求4或5或6所述的设备，其特征在于，所述喷施系统(C)用于混合氨水与压缩空气并喷施该混合物，包括与分别与液路系统(A)和气路系统(B)连接的喷枪8和伸入水泥回转窑烧成带区域的喷嘴9，加压的氨水和压缩空气在喷枪8中混合，氨水和压缩空气的混合物从喷嘴9喷出。
8.根据权利要求4至7任一所述的设备，其特征在于所述设备还包括回液系统(D)，用于水泥回转窑停机后放空液路系统(A)管道中残余的氨水；所述回液系统(D)包括以下组件 1)带法兰球型阀6’ :用于控制加压氨水的流量； 2)止回阀5丨:用控制加压氨水的流向，避免其倒流； 3)截止阀2丨:其开启和关闭可控制氨水向氨水储罐I中流入和停止流入，并可调节流量的大小； 4)氨水管路12'； 组件1)-3)通过氨水管路12 '依次连接，回液系统(D)的带法兰球型阀6 '的另一端 与液路系统(A)的止回阀5的出口端通过氨水管路12丨相连，回液系统(D)的截止阀2丨 的另一端与液路系统(A)的氨水储罐I的进ロ通过氨水管路12 ’相连。
9.一种用权利要求5-7任一项所述设备降低水泥回转窑烧成带区域氮氧化物排放量的方法，是针对水泥回转窑烧成带温度为1600-1800°C的区域，将喷施系统(C)中喷枪8上的喷嘴9置入水泥回转窑的窑头，分别打开氨水管路12和压缩空气管路13上的阀体，使放置在±0. 00平面上的氨水储罐I中的氨水由氨水储罐I依次经过液路系统(A)的截止阀2、过滤器3、加压泵4、止回阀5、带法兰球型阀6、液路连接软管10和压カ表7后流向喷枪8，经过加压泵4加压的氨水通过带法兰球型阀6调节进入喷枪的氨水压カ为25-30kg/cm2，供氨水量控制在NH3/NO=l. 0-2. 0 (优选为I. 0-1. 5)范围内；压缩空气依次经过气路系统(B)的带法兰球型阀61、加压泵4丨、带法兰球型阀62、气路连接软管11和压カ表7将压缩空气供给喷枪8，通过带法兰球型阀62调节压缩空气的压カ为25-30kg/cm2 ;氨水和压缩空气在喷枪8中混合均匀，通过喷枪8上的喷嘴9射出平均粒径在10-20 u m的微细雾化液滴至水泥回转窑烧成带的上部区域内。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于多余的氨水依次经权利要求8所述回液系统(D)的带法兰球型阀6 ’、止回阀5 ’和截止阀2 ’返回氨水储罐I。
全文摘要
本发明公开了一种降低水泥回转窑烧成带区域氮氧化物排放量的方法及其专用设备。该方法是向水泥回转窑烧成带温度为1600-1800℃的区域喷施质量浓度为20-25％的氨水，喷施压力为25-30kg/cm2，喷施的氨水呈平均粒径为10-20μm的微细雾化液滴，喷施量为NH3/NO(V/V)=1.0-2.0。本发明的方法是在水泥窑窑头烧成带区域喷入氨，氨还原烟气中的氮氧化物(NOx)使其转化为N2，从而降低氮氧化物的排放量。本发明不受水泥生产工艺的制约，降低氮氧化物幅度大(可达90％以上)，从而减少了对地球的环境污染，并且能根据排放达标的要求灵活选择参数，操作方便，工艺过程简单，应用前景广阔。
文档编号F27B7/20GK102650497SQ20121016533
公开日2012年8月29日 申请日期2012年5月24日 优先权日2012年5月24日
发明者房晶瑞, 汪澜, 马忠诚 申请人:中国建筑材料科学研究总院