專利名稱：一種降低水泥回轉窯燒成帶區(qū)域氮氧化物排放量的方法及其專用設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及水泥生產(chǎn)過程中降低水泥回轉窯燒成帶區(qū)域氮氧化物排放的方法，特別是涉及一種水泥窯窯頭噴氨降低水泥回轉窯燒成帶區(qū)域氮氧化物排放的方法及其專用設備。
背景技術：
隨著我國科技發(fā)展水平的不斷進步和人民生活水平的不斷提高，建筑行業(yè)已成為國民經(jīng)濟發(fā)展的主要投資領域之一。水泥作為建筑行業(yè)必不可少的材料，其需求量將越來越大。2011年，我國的水泥產(chǎn)量達到20. 6億噸。然而，生產(chǎn)水泥所排放的氮氧化物造成的大氣污染已嚴重破壞了地球的生態(tài)環(huán)境。據(jù)統(tǒng)計，每生產(chǎn)It水泥熟料將產(chǎn)生2. 4kg氮氧化物。水泥工業(yè)已經(jīng)成為繼電力行業(yè)之后，與汽車尾氣排放量相當?shù)牡趸锱欧糯髴?，因此，必須采取有效的處理方法降低水泥制備過程中氮氧化物的排放量。《水泥工業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》也明確提出減少氮氧化物排放的要求。水泥生產(chǎn)過程中產(chǎn)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%以上為一氧化氮。按照生成機理的不同，氮氧化物分為燃料型、熱力型和快速型三種，以前兩種為主。目前，水泥窯降低氮氧化物的主要措施包括采用水泥熟料煅燒循環(huán)預燒工藝技術(“水泥熟料煅燒循環(huán)預燒工藝及裝置”，專利申請?zhí)?00310104171. O)、在生料中加入還原劑或還原劑和催化劑的方法(“干法水泥窯爐燃煤產(chǎn)生氮氧化物的處理方法”，專利申請?zhí)?01110005362. 6)、分解爐中加入固氮劑的方法(“一種處理新型干法水泥窯爐燃煤產(chǎn)生的NOx的方法”，專利申請?zhí)?01010194806. O)、分解爐噴氨技術(“一種降低水泥窯氮氧化物排放的方法”，專利申請?zhí)?3129932. 6 ;“一種水泥窯煙氣NOx控制工藝及其裝置”，專利申請?zhí)?00810144169. 9)、分段燃燒技術(“降低氮氧化物生成量的燃燒方法及其裝置”，專利申請?zhí)?9109301. X ;“減少氮氧化物生成的分階段燃燒”，專利申請?zhí)?5107195. 5)和富氧燃燒技術(“一種低氮氧化物排放的富氧燃燒方法”，專利申請?zhí)?00610123491. 4)等。上述這些方法只能降低整個水泥生產(chǎn)過程中部分氮氧化物的排放，一般降低幅度不超過60%。另一方面，這些方法因需在生料進入回轉窯之前進行處理，還需對水泥生產(chǎn)工藝進行調(diào)整，不利于在原有生產(chǎn)系統(tǒng)中推廣。

發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有水泥生產(chǎn)過程中氮氧化物減排效果不理想的缺陷，本發(fā)明提供了一種減排效果較好的水泥窯窯頭噴氨降低水泥生產(chǎn)過程中水泥回轉窯燒成帶區(qū)域氮氧化物排放量的方法。本發(fā)明所提供的降低水泥回轉窯燒成帶區(qū)域氮氧化物排放量的方法，是向水泥回轉窯燒成帶溫度為1600-1800°C的區(qū)域噴施氨水，噴施壓力為25-30kg/cm2，噴施時與壓力為25-30kg/cm2的壓縮空氣混合，噴施的氨水呈平均粒徑為10-20 μ m的微細霧化液滴，噴施量為 NH3/NO (V/V) =1.0-2. O0所述氨水的質量濃度為20-25%。噴施量優(yōu)選為NH3/N0 (V/V) =1. 0-1. 5。本發(fā)明另一目的是提供一種用于降低水泥回轉窯燒成帶區(qū)域氮氧化物排放量的設備，其設有液路系統(tǒng)(A)用于提供一定壓力的氨水，氣路系統(tǒng)(B)用于提供一定壓力的壓縮空氣，噴施系統(tǒng)(C)用于混合氨水與壓縮空氣并向水泥回轉窯燒成帶區(qū)域噴施該混合物。所述液路系統(tǒng)(A)用于通入氨水并給氨水加壓，包括以下組件I)氨水儲罐I :用于盛裝氨水；
2)截止閥2 :其開啟和關閉可控制氨水從氨水儲罐I中流出和停止流出，并可調(diào)節(jié)流量的大小；3)過濾器3 :用于過濾氨水，以提高氨水的純度；4)加壓泵4 :用于給氨水加壓；5)止回閥5 :用控制加壓氨水的流向，避免其倒流；6)帶法蘭球型閥6 :用于控制加壓氨水的流量及壓力大?。?)壓力表7 :用于監(jiān)測加壓氨水的壓力；8)氨水管路12;9)液路連接軟管10;組件I) -7)從依次連接，其中，組件I) -6)通過氨水管路12連接，組件6) -7)通過液路連接軟管10連接。所述氣路系統(tǒng)(B)用于通入壓縮空氣并給空氣加壓，包括以下組件I)壓縮空氣管網(wǎng)用于通入壓縮空氣；2)帶法蘭球型閥61 :用于控制來自壓縮空氣管網(wǎng)的壓縮空氣的流量；3)加壓泵4丨:用于給壓縮空氣加壓；4)帶法蘭球型閥62 :用于控制加壓空氣的流量及壓力大?。?)壓力表7 ’ :用于監(jiān)測加壓空氣的壓力；6)壓縮空氣管路13;7)氣路連接軟管11;組件I) -4)依次連接，其中，組件I) -4)通過壓縮空氣管路13連接，組件4) _5)通過氣路連接軟管11連接。所述噴施系統(tǒng)(C)用于混合氨水與壓縮空氣并噴施該混合物，包括分別與液路系統(tǒng)(A)和氣路系統(tǒng)(B)連接的噴槍8和伸入水泥回轉窯燒成帶區(qū)域的噴嘴9，加壓的氨水和壓縮空氣在噴槍8中混合，氨水和壓縮空氣的混合物從噴嘴9噴出。所述設備還包括回液系統(tǒng)(D)，用于水泥回轉窯停機后放空液路系統(tǒng)(A)管道中殘余的氨水；所述回液系統(tǒng)(D)包括以下組件I)帶法蘭球型閥6丨:用于控制加壓氨水的流量；2)止回閥5 ^ :用控制加壓氨水的流向，避免其倒流；3)截止閥2丨:其開啟和關閉可控制氨水向氨水儲罐I中流入和停止流入，并可調(diào)節(jié)流量的大??；
4)氨水管路12 '；組件1)-3)通過氨水管路12 '依次連接，回液系統(tǒng)(D)的帶法蘭球型閥6 '的另一端與液路系統(tǒng)(A)的止回閥5的出口端通過氨水管路12丨相連，回液系統(tǒng)(D)的截止閥2'的另一端與液路系統(tǒng)(A)的氨水儲罐I的進口通過氨水管路12'相連。本發(fā)明進一步提供利用前述設備降低水泥 回轉窯燒成帶區(qū)域氮氧化物排放量的方法，是針對水泥回轉窯燒成帶溫度為1600-1800°C的區(qū)域，將噴施系統(tǒng)(C)中噴槍8上的噴嘴9置入水泥回轉窯的窯頭，分別打開氨水管路12和壓縮空氣管路13上的閥體，使放置在±0. 00平面上的氨水儲罐I中的氨水由氨水儲罐I依次經(jīng)過液路系統(tǒng)(A)的截止閥2、過濾器3、加壓泵4、止回閥5、帶法蘭球型閥6、液路連接軟管10和壓力表7后流向噴槍8，經(jīng)過加壓泵4加壓的氨水通過帶法蘭球型閥6調(diào)節(jié)進入噴槍的氨水壓力為25-30kg/cm2，供氨水量控制在NH3/N0=1. 0-2. O (優(yōu)選為I. 0-1. 5)范圍內(nèi)；壓縮空氣依次經(jīng)過氣路系統(tǒng)(B)的帶法蘭球型閥61、加壓泵4丨、帶法蘭球型閥62、氣路連接軟管11和壓力表7將壓縮空氣供給噴槍8，通過帶法蘭球型閥62調(diào)節(jié)壓縮空氣的壓力為25-30kg/cm2 ;氨水和壓縮空氣在噴槍8中混合均勻，通過噴槍8上的噴嘴9射出平均粒徑在10-20 μ m的微細霧化液滴至水泥回轉窯燒成帶的上部區(qū)域內(nèi)。該方法中，多余的氨水依次所述回液系統(tǒng)(D)的帶法蘭球型閥6'、止回閥5'和截止閥2 '返回氨水儲罐I。本發(fā)明通過以上設計提供了降低水泥回轉窯燒成帶區(qū)域氮氧化物排放量的方法及其專用設備。該方法在水泥窯窯頭燒成帶區(qū)域噴入氨，氨還原煙氣中的氮氧化物(NOx)使其轉化為N2，從而降低氮氧化物的排放量。本發(fā)明不受水泥生產(chǎn)工藝的制約，降低氮氧化物幅度大(可達90%以上)，從而減少了對地球的環(huán)境污染，并且能根據(jù)排放達標的要求靈活選擇參數(shù)，操作方便，工藝過程簡單，應用前景廣闊。下面結合具體實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明。


圖I為本發(fā)明用于降低水泥回轉窯燒成帶區(qū)域氮氧化物排放量的專用設備結構示意2為本發(fā)明用于降低水泥回轉窯燒成帶區(qū)域氮氧化物排放量的專用設備中的噴槍置入水泥回轉窯位置(與圖I左上角所示虛線部分對應)的示意3為圖2的俯視圖附圖標記I氨水儲罐；10液路連接軟管；2，2 ’截止閥；11氣路連接軟管；3過濾器；12氨水管路；4，4丨加壓泵；13壓縮空氣管路；5, 5 ;止回閥；12 '回流氨水管路；6,6 ;，61，62帶法蘭球型閥； 15噴煤管；7，7 ’壓力表；16水泥回轉窯；8, 8 ;噴槍；17窯頭罩。
9，9 丨噴嘴；
具體實施例方式發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，在水泥回轉窯生產(chǎn)水泥熟料的過程中，由于30-40%的燃料在水泥回轉窯內(nèi)燃燒，產(chǎn)生大量燃料型氮氧化物；同時，回轉窯的燒成帶區(qū)域的局部溫度高達1600-1800°C，這一溫度又促進了大量熱力型氮氧化物的產(chǎn)生。在水泥回轉窯燒成帶區(qū)域的燃燒氣體中會有大量燃料型氮氧化物和熱力型氮氧化物的產(chǎn)生和排放，是整個水泥生產(chǎn)過程中主要的氮氧化物生成區(qū)域。為此，在這一區(qū)域進行氮氧化物減排，意義重大，本發(fā)明旨在提供降低水泥生產(chǎn)過程中水泥回轉窯燒成帶區(qū)域氮氧化物排放量的方法。目前，國內(nèi)外還沒有針對這一區(qū)域氮氧化物進行減排的相關研究報道。
本發(fā)明所提供的降低水泥生產(chǎn)過程中水泥回轉窯燒成帶區(qū)域氮氧化物排放量的方法，是向水泥回轉窯燒成帶區(qū)域噴施氨水，通過氨還原水泥回轉窯燒成帶區(qū)域產(chǎn)生的大部分(90%以上)氮氧化物(Ν0、Ν02和N2O,主要是NO，NO2和N2O濃度很低，僅為5%左右，可忽略不計)，使其轉化為N2，從而達到降低水泥生產(chǎn)過程中水泥回轉窯燒成帶區(qū)域氮氧化物排放量的目的。為此，本發(fā)明進行了噴施過程中具體參數(shù)的優(yōu)化研究噴施暈的優(yōu)化水泥回轉窯燒成帶區(qū)域產(chǎn)生的氮氧化物(NOx) 90-95%以上為NO，NO和氨水的反應過程可用下述化學方程式表示4N0+4NH3+02 — 4N2+6H20 (式 I )6N0+4NH3 — 5N2+6H20(式 II)當水泥回轉窯的煙氣中有氧氣存在時，式I所示的化學反應優(yōu)先進行，此時，NH3消耗量與NO還原量有摩爾比I :1的關系；當水泥回轉窯的煙氣中沒有氧氣時，式II所示的化學反應優(yōu)先進行，此時，NH3消耗量與NO還原量的比例為摩爾比1:1. 5。在水泥回轉窯的煙氣中,NO2 —般約占NOx總量的5%,NO2和氨水的反應過程可用下述化學方程式表示2N02+4NH3+02 — 3N2+6H20 (式 III)6N02+8NH3 — 7N2+12H20 (式 IV)上述兩個反應(式III和式IV)表明還原NO2比還原NO需要更多的順3。由于在水泥回轉窯的煙氣中，NO2僅占NOx總量的一小部分(約5% )，因此NO2對氨水消耗量的影響并不顯著，可忽略不計。由于氨水是易揮發(fā)性液體，因此，在還原NO的過程中氨水需要過量(補充氨水的揮發(fā)性損失)。本發(fā)明氨水的噴施量在NH3/N0 (V/V)=1.0-2.0 1 (1.0 :1. O無氧下過量，1.5 :1. O有氧過量，2. O :1. O考慮加上NO2過量)范圍內(nèi)均可，優(yōu)選為I. 0-1. 5。噴施方式的詵擇單噴氨水時，氨水在水泥回轉窯燒成帶的分散性較差，進而影響氨水與NOx的反應效率。因此，為提高水泥回轉窯燒成帶氣氛中氨水的分散均勻性，提高氨水與NOx的反應效率，將氨水與壓力為25-30kg/cm2的壓縮空氣混合后再同時噴施。氨水與壓縮空氣按壓力在設定范圍內(nèi)配合均可。氨水噴施壓力的優(yōu)化
噴施壓力過低，氨水無法噴射到燒成帶區(qū)域，進而無法還原燒成帶NOx ;噴施壓力過高，氨水在燒成帶區(qū)域的停留時間過短，進而還原燒成帶NOx不充分。經(jīng)水泥回轉窯的煙氣分析儀檢測得知，噴施氨水前，NOx排放濃度為496mg/Nm3。選取濃度為20%的氨水，設定壓縮空氣的壓力為28kg/cm2，改變氨水的噴施壓力，檢測其NOx的減排率，以此尋求氨水最佳噴施壓力，試驗結果見表I。表I :噴施壓力的優(yōu)化試驗結果
權利要求
1.一種降低水泥回轉窯燒成帶區(qū)域氮氧化物排放量的方法，是向水泥回轉窯燒成帶溫度為1600-1800°C的區(qū)域噴施氨水，噴施壓カ為25-30kg/cm2，噴施時與壓カ為25_30kg/cm2的壓縮空氣混合，噴施的氨水呈平均粒徑為10-20 u m的微細霧化液滴，噴施量為NH3/NO(V/V) =1. 0-2. O。
2.根據(jù)權利要求I所述的方法，其特征在于所述氨水的質量濃度為20-25%。
3.根據(jù)權利要求I或2所述的方法，其特征在于噴施量優(yōu)選為NH3/NO(V/V)=l.0-1. 5。
4.用于降低水泥回轉窯燒成帶區(qū)域氮氧化物排放量的設備，設有液路系統(tǒng)(A)用于提供一定壓カ的氨水，氣路系統(tǒng)(B)用于提供一定壓カ的壓縮空氣,噴施系統(tǒng)(C)用于混合氨水與壓縮空氣并向水泥回轉窯燒成帶區(qū)域噴施該混合物。
5.根據(jù)權利要求4所述的設備，其特征在于，所述液路系統(tǒng)(A)用于通入氨水并給氨水加壓，包括以下組件 1)氨水儲罐I:用于盛裝氨水； 2)截止閥2:其開啟和關閉可控制氨水從氨水儲罐I中流出和停止流出，并可調(diào)節(jié)流量的大小； 3)過濾器3:用于過濾氨水，以提高氨水的純度； 4)加壓泵4:用于給氨水加壓； 5)止回閥5:用控制加壓氨水的流向，避免其倒流； 6)帶法蘭球型閥6:用于控制加壓氨水的流量及壓カ大??； 7)壓カ表7:用于監(jiān)測加壓氨水的壓カ； 8)氨水管路12； 9)液路連接軟管10； 組件I)-7)從依次連接，其中，組件I)-6)通過氨水管路12連接，組件6)-7)通過液路連接軟管10連接。
6.根據(jù)權利要求4或5所述的設備，其特征在于，所述氣路系統(tǒng)(B)用于通入壓縮空氣并給空氣加壓，包括以下組件 1)壓縮空氣管網(wǎng)用于通入壓縮空氣； 2)帶法蘭球型閥61:用于控制來自壓縮空氣管網(wǎng)的壓縮空氣的流量； 3)加壓泵4':用于給壓縮空氣加壓； 4)帶法蘭球型閥62:用于控制加壓空氣的流量及壓カ大??； 5)壓カ表7丨:用于監(jiān)測加壓空氣的壓カ； 6)壓縮空氣管路13; 7)氣路連接軟管11； 組件I)-4)依次連接，其中，組件I)-4)通過壓縮空氣管路13連接，組件4)-5)通過氣路連接軟管11連接。
7.根據(jù)權利要求4或5或6所述的設備，其特征在于，所述噴施系統(tǒng)(C)用于混合氨水與壓縮空氣并噴施該混合物，包括與分別與液路系統(tǒng)(A)和氣路系統(tǒng)(B)連接的噴槍8和伸入水泥回轉窯燒成帶區(qū)域的噴嘴9，加壓的氨水和壓縮空氣在噴槍8中混合，氨水和壓縮空氣的混合物從噴嘴9噴出。
8.根據(jù)權利要求4至7任一所述的設備，其特征在于所述設備還包括回液系統(tǒng)(D)，用于水泥回轉窯停機后放空液路系統(tǒng)(A)管道中殘余的氨水；所述回液系統(tǒng)(D)包括以下組件 1)帶法蘭球型閥6’ :用于控制加壓氨水的流量； 2)止回閥5丨:用控制加壓氨水的流向，避免其倒流； 3)截止閥2丨:其開啟和關閉可控制氨水向氨水儲罐I中流入和停止流入，并可調(diào)節(jié)流量的大小； 4)氨水管路12'； 組件1)-3)通過氨水管路12 '依次連接，回液系統(tǒng)(D)的帶法蘭球型閥6 '的另一端 與液路系統(tǒng)(A)的止回閥5的出口端通過氨水管路12丨相連，回液系統(tǒng)(D)的截止閥2丨 的另一端與液路系統(tǒng)(A)的氨水儲罐I的進ロ通過氨水管路12 ’相連。
9.一種用權利要求5-7任一項所述設備降低水泥回轉窯燒成帶區(qū)域氮氧化物排放量的方法，是針對水泥回轉窯燒成帶溫度為1600-1800°C的區(qū)域，將噴施系統(tǒng)(C)中噴槍8上的噴嘴9置入水泥回轉窯的窯頭，分別打開氨水管路12和壓縮空氣管路13上的閥體，使放置在±0. 00平面上的氨水儲罐I中的氨水由氨水儲罐I依次經(jīng)過液路系統(tǒng)(A)的截止閥2、過濾器3、加壓泵4、止回閥5、帶法蘭球型閥6、液路連接軟管10和壓カ表7后流向噴槍8，經(jīng)過加壓泵4加壓的氨水通過帶法蘭球型閥6調(diào)節(jié)進入噴槍的氨水壓カ為25-30kg/cm2，供氨水量控制在NH3/NO=l. 0-2. 0 (優(yōu)選為I. 0-1. 5)范圍內(nèi)；壓縮空氣依次經(jīng)過氣路系統(tǒng)(B)的帶法蘭球型閥61、加壓泵4丨、帶法蘭球型閥62、氣路連接軟管11和壓カ表7將壓縮空氣供給噴槍8，通過帶法蘭球型閥62調(diào)節(jié)壓縮空氣的壓カ為25-30kg/cm2 ;氨水和壓縮空氣在噴槍8中混合均勻，通過噴槍8上的噴嘴9射出平均粒徑在10-20 u m的微細霧化液滴至水泥回轉窯燒成帶的上部區(qū)域內(nèi)。
10.根據(jù)權利要求9所述的方法，其特征在于多余的氨水依次經(jīng)權利要求8所述回液系統(tǒng)(D)的帶法蘭球型閥6 ’、止回閥5 ’和截止閥2 ’返回氨水儲罐I。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種降低水泥回轉窯燒成帶區(qū)域氮氧化物排放量的方法及其專用設備。該方法是向水泥回轉窯燒成帶溫度為1600-1800℃的區(qū)域噴施質量濃度為20-25％的氨水，噴施壓力為25-30kg/cm2，噴施的氨水呈平均粒徑為10-20μm的微細霧化液滴，噴施量為NH3/NO(V/V)=1.0-2.0。本發(fā)明的方法是在水泥窯窯頭燒成帶區(qū)域噴入氨，氨還原煙氣中的氮氧化物(NOx)使其轉化為N2，從而降低氮氧化物的排放量。本發(fā)明不受水泥生產(chǎn)工藝的制約，降低氮氧化物幅度大(可達90％以上)，從而減少了對地球的環(huán)境污染，并且能根據(jù)排放達標的要求靈活選擇參數(shù)，操作方便，工藝過程簡單，應用前景廣闊。
文檔編號F27B7/20GK102650497SQ20121016533
公開日2012年8月29日 申請日期2012年5月24日 優(yōu)先權日2012年5月24日
發(fā)明者房晶瑞, 汪瀾, 馬忠誠 申請人:中國建筑材料科學研究總院