本發(fā)明涉及一種水泥窯替代燃料氣化分級燃燒方法及裝置。利用將廢棄物氣化后的燃料氣作為還原劑降低生產(chǎn)本底氮氧化物生成，達到減少脫硝成本，節(jié)約煤耗、降低氮氧化物排放及處廢的多重效果。

背景技術(shù)：

水泥工業(yè)不僅是能源密集型產(chǎn)業(yè)，也是氮氧化物的排放大戶。水泥工業(yè)能耗約占全國總能耗的6.5％。水泥行業(yè)燃料消耗占水泥行業(yè)總能耗的75％，而煤占總?cè)剂舷牡慕?00％。而且生產(chǎn)過程中排放大量氮氧化物，每年排放量大約200萬噸左右，占到工業(yè)排放量15%左右，成為火電和交通之后的第三大污染排放源。替代燃料對于氮氧化物減排的積極作用已經(jīng)得到業(yè)內(nèi)公認，尋求使用替代燃料不僅符合我國能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化的戰(zhàn)略，而且有助于降低氮氧化物排放。

由于替代燃料中富含有機質(zhì)，熱解氣化后產(chǎn)生大量CO、CH、H、HCN、焦炭等還原物質(zhì)，具有將NO還原成N2的功能?？梢岳闷浣档腿剂先紵^程中氮氧化物生成。水泥窯替代燃料技術(shù)的發(fā)展在國外發(fā)達國家已有近30年成熟應(yīng)用，其處置安全性已被《巴塞爾公約》認可。從替代燃料物理形態(tài)來看，水泥窯利用替代燃料方式有三種，即固體、液體和氣體。發(fā)達國家由于廢棄物分選比較發(fā)達，基本都是單一固態(tài)燃料直接入窯。我國利用水泥窯處置城市生活垃圾處于起步階段，基本都是垃圾燃料直接入窯，由于垃圾燃料的熱值低、水分、灰分及揮發(fā)分高，而且均一性差，對水泥窯運行影響加大，難以發(fā)揮替代燃料降氮功效。

現(xiàn)有水泥窯脫硝技術(shù)主要是低氮燃燒器改造和SNCR脫硝技術(shù)。低氮燃燒器應(yīng)用較為普遍，但是降氮效果一般，操作比較復(fù)雜。由于SNCR需要消耗大量氨水，增加額外運行成本，而且氨水制備也需要消耗大量煤和動力，排放氮氧化物。根據(jù)國內(nèi)外報道，SNCR技術(shù)在經(jīng)濟運行條件下，可以穩(wěn)定實現(xiàn)50%脫硝效率。但隨著效率提高，氨水消耗量激增，效率提高不明顯，而且氨逃逸風險加大。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提出一種水泥窯替代燃料氣化分級燃燒方法及裝置，利用替代燃料氣化后富含CO、CH、H、HCN、HCN、焦炭等自由基物質(zhì)的煙氣通入水泥窯分解爐煙室上部，形成強的還原性環(huán)境，將回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的高溫高濃度氮氧化物煙氣進行還原，減少氮氧化物生成。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種水泥窯替代燃料氣化分級燃燒方法，包括從熱解氣化爐輸出的氣化氣體以及送入水泥窯分解爐的水泥窯三次風，水泥窯三次風溫度范圍在750℃～900℃，其中，所述水泥窯三次風分為第一路風和第二路風，兩路風分別從上下兩端送入分解爐，其中：三次風總風量的10%至30%作為所述第一路風從分解爐的底端送入，其余的三次風作為所述第二路風從分解爐的頂端送入，所述氣化氣體隨所述第一路風從分解爐的底端送入，通過測量分解爐出口煙氣溫度對所述第一路風與三次風總風量的送風比例以及氣化氣體送入量進行調(diào)節(jié)。

方案進一步是：所述第一路風和第二路風分別在分解爐上下端從分解爐內(nèi)側(cè)壁相對的兩側(cè)呈相反的方向切向送入，所述氣化氣體在分解爐下端從分解爐內(nèi)側(cè)壁相對的兩側(cè)呈相反的方向切向送入。

方案進一步是：所述第一路風和第二路風分在分解爐上下端從分解爐內(nèi)側(cè)壁相對的兩側(cè)水平呈相反的方向切向送入，所述氣化氣體在分解爐下端從分解爐內(nèi)側(cè)壁相對的兩側(cè)水平呈相反的方向切向送入。

方案進一步是：所述氣化氣體隨第一路風之后從分解爐的底端送入。

方案進一步是：當分解爐出口溫度超過900℃時，減少氣化氣體送入量、并且提高所述第一路風與三次風總風量的送風比例直至30%，當分解爐出口溫度低于750℃時，增加氣化氣體送入量、并且降低所述第一路風與三次風總風量的送風比例直至10%。

一種實現(xiàn)所述方法的水泥窯替代燃料氣化分級燃燒裝置，包括設(shè)置在水泥窯回轉(zhuǎn)窯尾的分解爐和熱解氣化爐，熱解氣化爐的氣化流量通過風機變頻器控制，熱解氣化爐的氣化氣體通過熱解氣管道連接至分解爐，水泥窯的三次風管道連接至分解爐，其中，所述的三次風管道分為兩路分別是第一路風管道和第二路風管道，所述第一路風管道連接至分解爐底端側(cè)三次風輸入口，所述第二路風管道連接至分解爐上端側(cè)三次風輸入口，在第一路風管道上設(shè)置有電控閥門，所述熱解氣管道連接至分解爐底端側(cè)的氣化氣體輸入口。

方案進一步是：所述第一路風管道截面積小于所述第二路風管道截面積。

方案進一步是：所述分解爐底端側(cè)三次風輸入口、分解爐上端側(cè)三次風輸入口和分解爐底端側(cè)的氣化氣體輸入口在分解爐相對的兩側(cè)分別對稱設(shè)置，并且所述分解爐底端側(cè)兩側(cè)三次風輸入口、分解爐上端側(cè)兩側(cè)三次風輸入口和分解爐底端側(cè)兩側(cè)的氣化氣體輸入口與分解爐側(cè)壁呈相反的切線方向設(shè)置。

方案進一步是：所述分解爐底端側(cè)兩側(cè)的氣化氣體輸入口和所述分解爐底端側(cè)兩側(cè)三次風輸入口切線方向設(shè)置是從水平切線方向至向上仰角至20度的范圍內(nèi)設(shè)置，所述分解爐上端側(cè)兩側(cè)三次風輸入口切線方向設(shè)置是從水平切線方向至向下傾角至20度的范圍內(nèi)設(shè)置。

方案進一步是：所述氣化氣體輸入口設(shè)置在分解爐底端側(cè)三次風輸入口的下端側(cè)。

本發(fā)明將熱解氣化氣與分解爐系統(tǒng)有機結(jié)合，具有熱效率高、分解爐溫度分布均勻的特點是煤炭分級和空氣分級燃燒技術(shù)為主的低氮燃燒和分級燃燒，通過將煤炭和空氣分成不同比例送入燃燒室，形成還原氣氛降低氮氧化物生成。水泥窯替代燃料氣化分級燃燒的優(yōu)點：

（1）替代燃料適應(yīng)性寬。不僅適應(yīng)城市垃圾、污泥，還可處理其他工業(yè)廢棄物。

（2）替代燃料運行對水泥窯生產(chǎn)影響小。通過一種窯外氣化爐對替代燃料進行熱解氣化，產(chǎn)生大量CO、CH、H、HCN、NH3、焦炭等還原物質(zhì)，以燃料氣方式進入分解爐燃燒。與分解爐系統(tǒng)有機結(jié)合，具有熱效率高、分解爐溫度分布均勻、降氮等特點。產(chǎn)生固體灰渣進入原料系統(tǒng)。

（3）可以顯著降低煤燃燒過程中產(chǎn)生的氮氧化物。通過將水泥窯三次風進行空氣分級，與熱解氣化燃料氣形成耦合，即降低氮氧化物生成，又保證將燃料氣燃盡，發(fā)揮替代燃料化學熱效應(yīng)。脫硝效率可達30%。

（4）節(jié)約燃煤。由于替代燃料具有熱值，氣化后進入水泥窯繼續(xù)燃燒，提供生產(chǎn)所需熱，降低煤炭消耗，減少煙氣量和污染排放。

（5）運行成本低，沒有二次污染。

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作一詳細描述。

附圖說明

圖1為本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)工藝流程示意圖；

圖2為本發(fā)明分解爐氣體輸入口與側(cè)壁外側(cè)關(guān)系結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為分解爐氣體輸入口與側(cè)壁內(nèi)側(cè)關(guān)系結(jié)構(gòu)示意圖，圖2的A-A視圖。

具體實施方式

實施例1：

一種水泥窯替代燃料氣化分級燃燒方法，如圖1所示，所述方法包括從熱解氣化爐1輸出的替代燃料熱解氣化后產(chǎn)生大量富含還原基物質(zhì)的氣化氣體，氣化氣體通過熱解氣管道101送出，以及送入水泥窯分解爐2的水泥窯三次風，所述水泥窯系統(tǒng)三次風是來源于鼓風機送入篦冷機的冷空氣，與熟料進行熱交換后的高溫空氣；該高溫空氣經(jīng)過回轉(zhuǎn)窯與篦冷機的連接豎井，進入回轉(zhuǎn)窯的窯頭罩。其中一部分入回轉(zhuǎn)窯作為窯頭的助燃空氣，剩余的部分即為所述三次風。三次風經(jīng)過風管3送入窯尾分解爐內(nèi)作為燃料和垃圾燃燒的助燃空氣。水泥窯三次風的溫度范圍為750℃～900℃，其中，所述水泥窯三次風分為由第一路風管道301輸送的第一路風和由第二路風管道302輸送的第二路風，兩路風分別從上下兩端送入分解爐，其中：三次風總風量的10%至30%作為所述第一路風從分解爐的底端送入，與上升煙氣混合加強煤粉不完全燃燒，強化窯尾煙氣還原環(huán)境，降低氮氧化物生成，其余的三次風作為所述第二路風從分解爐的頂端送入保證未燃盡的還原基物質(zhì)繼續(xù)燃燒燃盡，所述氣化氣體隨所述第一路風從分解爐的底端送入，通過在分解爐頂端設(shè)置的傳感器4測量分解爐出口煙氣溫度對所述第一路風與三次風總風量的送風比例以及氣化氣體送入量進行調(diào)節(jié)；當然測量還包括氮氧化物濃度、一氧化碳濃度、氧氣濃度；根據(jù)測量的濃度對所述第一路風與三次風總風量的送風比例以及氣化氣體送入量進行調(diào)節(jié)。三次風分兩路從分解爐兩側(cè)逆切向（呈相反的方向）進入，與分解爐邊壁的熱氣流逆向接觸，強化換熱和傳質(zhì)，延長物料停留時間。

本方法利用替代燃料熱解氣化后產(chǎn)生大量富含還原基物質(zhì)的氣體，從分解爐中下部噴入，與從窯尾煙室上升煙氣混合，還原煙氣中氮氧化物。然后再利用分為兩路的三次風在分解爐中形成強的還原性環(huán)境，將回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的高溫高濃度氮氧化物煙氣進行還原，減少氮氧化物生成。熱解氣化氣與分解爐系統(tǒng)有機結(jié)合，具有熱效率高、分解爐溫度分布均勻的特點。

為此，實施例中：所述第一路風和第二路風分別在分解爐上下端從分解爐內(nèi)側(cè)壁相對的兩側(cè)切向送入，所述氣化氣體在分解爐下端從分解爐內(nèi)側(cè)壁相對的兩側(cè)呈相反的方向切向送入。其中的切向送入可以是水平0度角至仰角20度角的切向送入，這是一種旋轉(zhuǎn)送入實現(xiàn)均勻分布，優(yōu)選的方案是：所述第一路風和第二路風分在分解爐上下端從分解爐內(nèi)側(cè)壁相對的兩側(cè)呈相反的方向0度水平切向送入，所述氣化氣體在分解爐下端從分解爐內(nèi)側(cè)壁相對的兩側(cè)呈相反的方向0度水平切向送入。

實施例中：所述氣化氣體隨第一路風之后從分解爐的底端送入。

其調(diào)節(jié)過程是：當分解爐出口溫度超過900℃時，減少氣化氣體送入量、并且提高所述第一路風與三次風總風量的送風比例直至30%，當分解爐出口溫度低于750℃時，增加氣化氣體送入量、并且降低所述第一路風與三次風總風量的送風比例直至10%?；蛘撸寒?shù)趸餄舛?、一氧化碳濃度、氧氣濃度超過設(shè)定值升高時，減少氣化氣體送入量、并且提高所述第一路風與三次風總風量的送風比例，當?shù)趸餄舛?、一氧化碳濃度、氧氣濃度低于設(shè)定值將低時，增加氣化氣體送入量、并且降低所述第一路風與三次風總風量的送風比例。

本方法將熱解氣化氣通過煙道進入分解爐底部，與煙室上升煙氣混合接觸。三次高溫風經(jīng)過閥門，分成二路不同比例空氣，一路總風量10-30%的空氣由分解爐下部以切向方向進入分解爐。與上升煙氣混合，形成強的還原環(huán)境。風量可通過調(diào)節(jié)閥進行控制，根據(jù)分解爐出口煙氣分析儀氮氧化物濃度、一氧化碳濃度、氧氣濃度、溫度等參數(shù)調(diào)節(jié)分風比例和燃煤投入量。達到節(jié)煤、降氮、處廢的綜合效果。運行調(diào)節(jié)方式主要涉及氣化爐風量、氣化爐出口溫度、氣化爐閥門、三次風閥門和分解爐出口溫度。根據(jù)氣化爐出口溫度進行三次風閥門和氣化爐風量調(diào)節(jié)。當分解爐出口溫度超過900℃時，將氣化爐的風減少到設(shè)計風量的20-30%（風機變頻器），并減少尾煤投加量，增加三次風閥門開度到30-40%（針對三次風總風量的10%至30%）；當分解爐出口溫度較低時，增加氣化爐一次風量，提高氣化爐出口燃氣溫度，相應(yīng)減少三次風閥門開度到10-20%（針對三次風總風量的10%至30%）。氣化爐檢修時關(guān)閉氣化爐出口閥門。水泥窯緊急停車時，先關(guān)閉氣化爐廢棄物發(fā)給料閥，關(guān)閉氣化爐風機，再關(guān)閉氣分解爐道閥門。

實施例2：

一種實現(xiàn)實施例1所述方法的水泥窯替代燃料氣化分級燃燒裝置，如圖1所示，所述裝置包括設(shè)置在水泥窯回轉(zhuǎn)窯5尾的分解爐2和獨立設(shè)置的熱解氣化爐1，熱解氣化爐設(shè)置有氣化鼓風機6，熱解氣化爐的氣化流量通過風機變頻器控制，熱解氣化爐的氣化氣體通過熱解氣管道101連接至分解爐，水泥窯的三次風管道3連接至分解爐，其中，所述的三次風管道分為兩路分別是第一路風管道301和第二路風管道302，所述第一路風管道連接至分解爐底端側(cè)三次風輸入口，所述第二路風管道連接至分解爐上端側(cè)三次風輸入口，在第一路風管道上設(shè)置有電控閥門7，所述熱解氣管道連接至分解爐底端側(cè)的氣化氣體輸入口。

其中：三次風總風量的10%至30%作為所述第一路風從分解爐的底端送入，因此，所述第一路風管道截面積小于所述第二路風管道截面積，可以通過調(diào)節(jié)電控閥門7來控制送風比例；當然還可以在第二路風管道上設(shè)置有電控閥門8，通過兩個閥門協(xié)調(diào)控制送風比例。

實施例中：為了使送入分解爐的風均勻分布，如圖2和圖3所示，所述分解爐底端側(cè)三次風輸入口9、分解爐上端側(cè)三次風輸入口10和分解爐底端側(cè)的氣化氣體輸入口11在分解爐相對的兩側(cè)分別對稱設(shè)置，并且所述分解爐底端側(cè)兩側(cè)三次風輸入口、分解爐上端側(cè)兩側(cè)三次風輸入口和分解爐底端側(cè)兩側(cè)的氣化氣體輸入口與分解爐側(cè)壁呈相反的切線方向設(shè)置，使得進入的氣體是旋轉(zhuǎn)進入分解爐。

實施例中：所述分解爐底端側(cè)兩側(cè)的氣化氣體輸入口和所述分解爐底端側(cè)兩側(cè)三次風輸入口切線方向設(shè)置是從水平切線方向至向上仰角至20度的范圍內(nèi)設(shè)置，所述分解爐上端側(cè)兩側(cè)三次風輸入口切線方向設(shè)置是從水平切線方向至向下傾角至20度的范圍內(nèi)設(shè)置。

其中：所述氣化氣體輸入口設(shè)置在分解爐底端側(cè)三次風輸入口的下端側(cè)，氣化氣體輸入口與分解爐底端側(cè)三次風輸入口的垂直距離在100mm至200mm。

實施例中：在熱解氣化爐1的上端是給料設(shè)備12，給料設(shè)備可以是輸送帶從替代燃料庫13連接到熱解氣化爐，氣化鼓風機6的管道一直連接到替代燃料庫，將替代燃料庫的臭氣吹入熱解氣化爐。

本實施例結(jié)構(gòu)將三次風高溫空氣分成二路，一路空氣與燃料氣結(jié)合，加強煤粉不完全燃燒，強化窯尾煙氣還原環(huán)境，降低氮氧化物生成，空氣比例占總風量10-30%。其余70-90%風量從分解爐上部進入，保證未燃盡的還原基物質(zhì)繼續(xù)燃燒燃盡。三次風分兩路從分解爐兩側(cè)逆切向進入，第一路三次風從底側(cè)與分解爐邊壁的熱氣流逆向接觸，強化換熱和傳質(zhì)，延長物料停留時間。第二路三次風從分解爐上部單獨進入。每一路風都有對應(yīng)的電動閥門控制。根據(jù)分解爐出口煙氣分析儀氮氧化物濃度、一氧化碳濃度、氧氣濃度、溫度等參數(shù)調(diào)節(jié)分風比例和燃煤投入量。達到節(jié)煤、降氮、處廢的綜合效果。