本实用新型涉及水泥熟料生产领域，具体的说是一种利用干法生产工艺实现绿色脱硝的系统。
背景技术：
目前的水泥熟料生产工艺，在生料分解及熟料煅烧过程中，由于回转窑内的高温气体以及大量的煤粉燃烧，都会产生大量的热力型和燃料型的nox。水泥回转窑内熟料煅烧温度高达1600℃，因此在回转窑内烧成带区域(远高于1300℃)，主要形成的是热力型nox，其主要影响因素有温度、氧气浓度、烟气停留时间等，附带产生一些燃料型nox，主要影响因素是燃料用量、燃料成分；在窑尾、分解炉区域低于1300℃条件下，主要形成燃料型nox，影响燃料型nox产生的因素主要有燃料成分、烟气停留时间、过剩空气系数等，但是在分解炉区域很少会产生热力型nox。
从水泥工业氮氧化物形成机理的不同，适应水泥工业的脱硝技术一般有三种：一是从源头控制热力型nox生成的低氮分级燃烧技术，如采用低氮燃烧器，控制空气比例实现分级燃烧、控制过剩空气系数使燃料在低氧环境中燃烧等。其脱硝效果受到水泥熟料煅烧工艺制约，脱硝效率一般认为在15％～30％，稳定性不佳，一般作为配合技术，降低初始nox排放浓度，节省还原剂耗量；二是sncr脱硝技术，sncr法是在850℃～1000℃的高温条件下，向烟气中喷入含有nh3基的还原剂，将nox还原成氮气和水。该技术在实际应用中nox的脱除率一般在50％～70％左右。此方法的优点有系统简单、建设投资少、操作方便，缺点为很容易产生氨逃逸、增加运行成本、脱硝效率难以控制等。生产中产生的nox越多，需要喷入的氨水量越大，氨逃逸越严重，形成新的污染，同时增加了生产成本；三是scr脱硝技术，scr法是在一定催化反应条件下，用氨、尿素等含有nh3基的还原剂将烟气中的nox转化为无害的氮气和水。此法脱除nox效率高，在实际应用中常能达到60％～90％左右，在电力行业得到广泛的应用，能将电站锅炉nox排放量降至100mg/nm3以下，但是运行成本较sncr脱硝技术更高出很多倍，就目前水泥行业低利润率的情况下，水泥企业很难承受，这也是这一技术无法在水泥行业推广的主要原因。
以上三种脱硝技术中，目前水泥工业常用的是低氮分级燃烧技术和sncr脱硝技术，或者是两种脱硝技术的配合。
为了保护生态环境，实现可持续发展。根据《水泥工业大气污染物排放标准》(gb4915-2013)中规定水泥工业nox排放浓度为400mg/nm3，重点区域执行200mg/nm3，甚至一些地区已经有超低排放标准100mg/nm3。目前国内大部分企业通过低氮燃烧改造、sncr技术改造等措施，在不考虑成本的情况下，能够降低至200mg/nm3以下。电力行业已经实施《火电厂大气污染物排放标准》(gb13223-2011)中的100mg/nm3的规定，远低于水泥行业的排放要求。按国家政策和公众述求，节能减排是行业生存之根本，如果国家对水泥工业提出更高的减排要求，那么现有技术就难以为继了，或者成本增加会非常高。所以开发进一步降低nox排放量的新技术就迫在眉睫。
技术实现要素：
本实用新型的目的是提供一种利用干法生产工艺实现绿色脱硝的系统，该系统结合水泥生产工艺的特点，优化工艺设计和工艺设备，在确保高效优质生产的基础上，完全以工艺措施从根源上减少nox的产生，实现绿色脱销。
本实用新型解决其技术问题所采取的技术方案是：一种利用干法生产工艺实现绿色脱硝的系统，包括多级旋风筒、分解炉、窑尾烟室、回转窑和篦冷机，其特征是，所述分解炉下部设有脱硝室，所述分解炉内设有喷撒煤粉的喷撒一体器，所述脱硝室内设有同时喷撒蒸汽和煤粉的喷撒脱硝器，所述脱硝室下部设有窑尾烟室，所述窑尾烟室与回转窑相连通，回转窑窑头的篦冷机设有二次风取风罩和三次风取风罩，所述二次风取风罩连接篦冷机及回转窑，所述三次风取风罩设于二次风取风罩后侧，三次风取风罩连接篦冷机及三次风风管，所述三次风管的出风口与分解炉相连通。
进一步，所述多级旋风筒包括一级旋风筒、二级旋风筒、三级旋风筒、四级旋风筒和五级旋风筒，所述四级旋风筒的出料口通过分料阀分为两路，其中一路出料口经下料管和喷撒一体器与分解炉相连通，另一路出料口经下料管和喷撒脱硝器与脱硝室相连通。
进一步，所述二次风取风罩和三次风取风罩分别为独立的罩体，所述二次风取风罩靠近回转窑落料点，所述三次风取风罩远离回转窑落料点，抽取高温风的二次取风罩设置于窑头并与回转窑和篦冷机相连通，抽取中温风的三次风取风罩设于二次风取风罩的后侧，三次风取风罩与三次风管和篦冷机连通。
进一步，所述喷撒一体器包括撒料箱和喷撒煤粉的煤管，所述撒料箱的内部为空腔，煤管设于撒料箱内腔中心处，煤管出口端设有导流板。
进一步，所述喷撒脱硝器包括撒料箱、喷撒煤粉的煤管和喷洒水蒸气的水蒸气管，所述煤管设于撒料箱内腔中心，煤管出口端设有导流板，煤管对应两侧分别设有水蒸气管。
进一步，所述三次风管上设有三次风阀门。
进一步，所述脱硝室的下部设有缩口，窑尾烟室的顶部与脱硝室底部的缩口连接，所述脱硝室内设有测温装置。
本实用新型的有益效果：
1、本实用新型从根源上减少热力型nox和燃料型nox的形成，窑头用煤减少，但煅烧能力大大增强，熟料质量明显提高，熟料产量保持原有水平或略有提高。不仅适用于新生产线的建设，也适用于现有水泥生产线的改造，施工简单，投资较少，不降低现有生产技术指标，还可有所提高。有着广阔的应用空间、巨大的市场价值和社会价值。
2、脱销室和分解炉内风煤料分布合理，混合均匀，工艺稳定，脱销效率稳定可靠，可将工艺生产过程中产生的热力型nox和燃料型nox尽可能的消除，并且确保分解炉内无局部高温产生的各类影响稳定生产的工艺问题。
3、在不添加任何化学脱硝剂的情况下，可以实现nox初始值排放小于300mg/nm3。绿色脱硝工艺技术与sncr系统结合一起，使用微量氨水(氨水使用量小于3kg/t熟料)可以实现系统nox排放浓度低于50mg/nm3。
4、减少在脱硝过程中氨水的逃逸量，降低了对环境的污染，降低了生产成本。在nox控制指标小于300mg/nm3的区域，与其他正常平均水平比较，至少降低70％左右的氨水用量；在nox控制指标不大于300mg/nm3的区域，可以不用任何氨水等脱硝剂。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为喷撒脱硝器的结构示意图；
图3为喷撒一体器的结构示意图。
图中：
1篦冷机、2三次风取风罩、3二次风取风罩、4回转窑、5三次风管、6三次风阀门、7窑尾烟室、8脱硝室、9分解炉、10分料阀、11喷撒脱硝器、12喷撒一体器、13五级旋风筒、14四级旋风筒、15撒料箱、16煤管、17水蒸气管。
具体实施方式
参照说明书附图对本实用新型的一种利用干法生产工艺实现绿色脱硝的系统作以下详细说明。
如图1所示，本实用新型的一种利用干法生产工艺实现绿色脱硝的系统，包括多级旋风筒、分解炉9、窑尾烟室7、回转窑4和篦冷机1，所述分解炉9下部设有脱硝室8，所述分解炉9内设有喷撒煤粉的喷撒一体器12，所述脱硝室8内设有同时喷撒蒸汽和煤粉的喷撒脱硝器11，所述脱硝室8下部设有窑尾烟室7，所述窑尾烟室7与回转窑4相连通，回转窑4窑头的篦冷机1设有二次风取风罩3和三次风取风罩2，所述二次风取风罩3连接篦冷机1及回转窑4，所述三次风取风罩2设于二次风取风罩3后侧，三次风取风罩2连接篦冷机1及三次风风管5，所述三次风管5的出风口与分解炉9相连通。分解炉是由柱体和锥部构成，分解炉锥部与脱销室相连。
多级旋风筒包括一级旋风筒、二级旋风筒、三级旋风筒、四级旋风筒和五级旋风筒，所述四级旋风筒14的出料口通过分料阀41分为两路，其中一路出料口经下料管和喷撒一体器12与分解炉9相连通，另一路出料口经下料管和喷撒脱硝器11与脱硝室8相连通。
喷撒脱硝器11布置在脱硝室8下部，且只有一层，如果是双系列预热器则对称布置在脱硝室下部水平横截面上。喷撒一体器布置在分解炉柱体上三次风风管上部，且只有一层，如果是双系列预热器则对称布置在脱硝室下部水平横截面上。
二次风取风罩3和三次风取风罩2分别为独立的罩体，所述二次风取风罩靠近回转窑4落料点，所述三次风取风罩远离回转窑落料点，抽取高温风的二次取风罩设置于窑头并与回转窑和篦冷机相连通，抽取中温风的三次风取风罩设于二次风取风罩的后侧，与三次风管5和篦冷机1连通。所述三次风管上设有三次风阀门6。
原有的二次风与三次风采用同一个窑头罩，都是取自篦冷机高温风与中温风的混合风，由于二次风和三次风对工艺要求不同，二次风需要温度高，三次风需要足够风量即可。篦冷机高温风和中温风混合后再分流，无形中降低了入窑二次风的风温，影响到了窑前用煤量和火焰的温度。窑内热量来源为从篦冷机来的二次风带来的热量及煤粉燃烧的热量，煅烧熟料所需热量不变的情况下，提高二次风温度不仅因为增加了热量从而减少煤粉燃烧热量，而且会使煤粉燃烧更加充分，可以显著减少窑头用煤量，窑头用煤量减少，所需风量也会减少，风量少了产生的热力型nox也会减少。提高二次风温的技术出发点就是将二次风与三次风彻底分离。通过对窑头二次风及三次风分流的工艺设计和调整，提高入窑二次风温度，改善窑头煤粉燃烧，在显著提高回转窑煅烧能力的条件下，减少窑头喂煤量，减少窑内用风量，实现从源头上减少窑内热力型nox及燃料型nox的产生量。
如图3所示，所述喷撒一体器12是包括撒料箱15和喷撒煤粉的煤管16，所述撒料箱的内部为空腔，煤管设于撒料箱内腔中心处，煤管出口端设有导流板。所述撒料箱3通过固定座与分解炉烟道壳体1连接，冷态生料经预热器预热后通过分料阀经下料管和撒料箱进入分解炉内，同时煤管喷撒煤粉进行分解燃烧。
如图2所示，所述喷撒脱硝器11包括撒料箱15、喷撒煤粉的煤管16和喷洒水蒸气的水蒸气管17，所述煤管设于撒料箱内腔中心，煤管出口端设有导流板，煤管对应两侧分别设有水蒸气管。
所述脱硝室8的下部设有缩口，窑尾烟室的顶部与脱硝室底部的缩口连接，所述脱硝室内设有测温装置。该测温装置采用现有的热电偶检测或红外测温仪，只要能达到测温检测目的技术方案均为该测温装置的变形。通过测温装置实时监控脱硝室内温度，通过四级旋风筒下料管分料到脱硝室内来灵活有效的控制脱硝室内的温度，控制此处温度在900-1100℃，以保持稳定的脱硝反应，并且避免因高温产生结皮等工艺问题。
依据分解炉分解碳酸盐需要大量的分解热但不需要高温燃烧的工艺特点，在分解炉与缩口之间专设脱硝室，并根据脱硝需要的时间要求将三次风布置于脱硝室之上，控制燃料分步燃烧放热，实现脱硝和放热分解的完美结合。
工作过程如下：
(1)、冷态生料经预热器一级至四级旋风筒14之间预热后进入分解炉9，在四级旋风筒14内风料分离后物料失去动力向下经过分料阀10分为两股，上面一股通过下料管经喷撒一体器12的撒料箱分散后进入分解炉9内，下面另一股通过下料管经喷撒脱硝器11的撒料箱分散后进入脱硝室8。喷撒脱硝器11不但起到使物料充分分散的作用，还有一个很重要的作用，就是煤粉和水蒸气喷射器，煤粉和水蒸气通过煤管和水蒸气管送入喷撒脱硝器11后，通过合理风速进入脱硝室8内，在脱销室8内煤粉、水蒸气和从回转窑4内过来的少量o2发生一系列化学反应，从而消除窑内产生的大量nox以及煤粉产生的燃料型nox。
脱硝室8内通过喷撒脱硝器11喷入八成以上的分解用煤粉，与同时喷入的水蒸气在高温窑尾烟气中进行高效混合无焰氢基团低氧燃烧，形成高浓度的co、h2以及ch4、hcn和固定碳等还原剂。水蒸汽作为含氢基团的加入促进了co的高效燃烧，确保煤炭热值的有效利用。此处发生的化学反应为
大量的还原气体co一次性有效消除窑内所产生的各类型nox，将nox还原成n2等无污染的惰性气体。原理为
此外，煤粉在缺氧条件下燃烧抑制了自身燃料型nox产生。脱硝室内与煤粉同时喷入的还有适量的入炉生料，通过这部分生料的分解吸热调节控制脱硝室温度处于脱硝最佳温度，既可保证脱硝效率，又可以确保无局部高温而生成热力型nox，以及造成分解炉的结皮问题。
(2)、由于窑尾烟室7合理的设计此处风速，物料进入分解炉9及脱硝室8后都会被风带着向上进入分解炉内，同时煤粉也通过喷撒一体器12进入分解炉内，煤粉的燃烧给物料的分解带来热量。同时由于煤粉与物料以及经三次风管5过来的大量高温纯净o2混合燃烧，避免爆燃及局部高温损伤耐火材料。分解后的物料经分解炉进入五级旋风筒13后气料分离，物料失去动力向下经由窑尾烟室7进入回转窑4。
未燃尽的煤粉和还原性气体离开脱硝室进入三次风富氧区域，由不带蒸汽喷管的czs喷撒一体器引燃，进一步燃烧放热并充分燃尽。czs喷撒一体器将绝大部分的入炉生料均匀撒入入炉三次风，同时也根据出炉co浓度的情况喷入少量煤粉，这部分煤粉主要是强化进入主燃烧分解区的还原气体的燃尽反应，以确保燃料热量的充分利用。若出炉co浓度处于合理范围，该部分煤粉可以少加或不加。由于czs喷撒一体器均匀带进了生料，煤粉和还原性气体燃烧的热量被迅速吸收，保证了炉内温度的均匀，避免了热力型nox的生成。
由脱硝室进入分解炉的过剩还原气体在分解炉内接触到由三次风管进入分解炉的富氧空气后继续燃烧放热，从而实现分步燃烧。且由于分解炉内由czs喷撒一体器同时进入了从c4旋风筒的下料管分料来70％以上的生料粉以及20％以下的分解炉用煤，在分解炉内充分混合后保证分解炉内无炎燃烧，温度保持在850-1000℃，因此在分解炉内不会产生热力型nox，只有很少量的燃料型nox。
(3)、经过分解的物料进入窑内经过高温煅烧成为熟料，进入篦冷机系统1，篦冷机系统有大量冷风进入，从而快速冷却熟料，冷却熟料的同时冷风也大量的吸收熟料的热量，篦冷机系统前端加热后的高温风通过二次风取风罩3进入回转窑4内，给回转窑4内煤粉燃烧提供o2及热量，后面大量的中温风通过三次风取风罩2经三次风管5进入分解炉9内，给分解炉9内的煤粉燃烧提供o2及热量。三次风管5安装有三次风阀门6可以灵活的调节回转窑4和分解炉9的供风平衡。
由于回转窑内需要完成熟料的烧成环节，熟料烧成环节主要是熟料矿物形成过程。优质的熟料中含有较多的c3s，c3s是由c2s与cao在高温熔融后形成的，反应速率随温度呈指数变化，温度越高对于c3s形成越有利，熟料烧成不需要太多热量，只要保证足够的火焰温度，回转窑内烧成带火焰温度一般不能低于1600℃，基本在1700℃～1900℃左右。而火焰温度超过1600℃时，热力型nox随着温度升高成倍增长。根据煤粉燃烧温度的理论温度计算公式，tth＝(qnet cftf vacata)/(vc)
其中：tth为单位质量煤粉理论燃烧温度；
qnet为煤粉发热量；
cf为煤粉比热容；
tf为煤粉的温度；
va为燃烧煤粉所需的空气风量；
ca为空气比热容；
ta为空气的温度；
v为燃烧形成的烟气总量；
c为烟气比热容。
由此可知，要提高火焰温度应控制较低的空气过剩系数，即减少烟气总量v。所以，在保证煤粉充分燃烧的前提下，减少入窑空气量可以得到更高的火焰温度。通过二次风取风罩和三次风取风罩的工艺调整和设备改造，尽可能提高入窑二次风温，二次风温越高，窑头需用煤就越少，用煤减少，燃料燃烧需要的氧气量就少，就降低了入窑空气量，从而达到减少回转窑内热力型nox及燃料型nox生成量的目的。
采用czs绿色脱硝工艺方法，可以在不加任何化学脱硝剂的情况下，将分解炉出口nox排放浓度控制在300mg/nm3以内，并实现优质高效生产。czs绿色脱硝工艺技术辅以系统原有sncr脱硝系统，使用少量氨水(小于1.8kg/t熟料)可以控制系统nox排放浓度低于100mg/nm3，使用2.5kg/t熟料左右氨水，可以将nox排放浓度控制在50mg/nm3以下，达到国家要求的超低排放要求。
以上所述，只是用图解说明本实用新型的一些原理，本说明书并非是要将本实用新型局限在所示所述的具体结构和适用范围内，故凡是所有可能被利用的相应修改以及等同物，均属于本实用新型所申请的专利范围。
除说明书所述技术特征外，其余技术特征均为本领域技术人员已知技术。
1.一种利用干法生产工艺实现绿色脱硝的系统，包括多级旋风筒、分解炉、窑尾烟室、回转窑和篦冷机，其特征是，所述分解炉下部设有脱硝室，所述分解炉内设有喷撒煤粉的喷撒一体器，所述脱硝室内设有同时喷撒蒸汽和煤粉的喷撒脱硝器，所述脱硝室下部设有窑尾烟室，所述窑尾烟室与回转窑相连通，回转窑窑头的篦冷机设有二次风取风罩和三次风取风罩，所述二次风取风罩连接篦冷机及回转窑，所述三次风取风罩设于二次风取风罩后侧，三次风取风罩连接篦冷机及三次风管，所述三次风管的出风口与分解炉相连通。
2.根据权利要求1所述的一种利用干法生产工艺实现绿色脱硝的系统，其特征是，所述多级旋风筒包括一级旋风筒、二级旋风筒、三级旋风筒、四级旋风筒和五级旋风筒，所述四级旋风筒的出料口通过分料阀分为两路，其中一路出料口经下料管和喷撒一体器与分解炉相连通，另一路出料口经下料管和喷撒脱硝器与脱硝室相连通。
3.根据权利要求1所述的一种利用干法生产工艺实现绿色脱硝的系统，其特征是，所述二次风取风罩和三次风取风罩分别为独立的罩体，所述二次风取风罩靠近回转窑落料点，所述三次风取风罩远离回转窑落料点，抽取高温风的二次取风罩设置于窑头并与回转窑和篦冷机相连通，抽取中温风的三次风取风罩设于二次风取风罩的后侧，三次风取风罩与三次风管和篦冷机连通。
4.根据权利要求1所述的一种利用干法生产工艺实现绿色脱硝的系统，其特征是，所述喷撒一体器包括撒料箱和喷撒煤粉的煤管，所述撒料箱的内部为空腔，煤管设于撒料箱内腔中心处，煤管出口端设有导流板。
5.根据权利要求1所述的一种利用干法生产工艺实现绿色脱硝的系统，其特征是，所述喷撒脱硝器包括撒料箱、喷撒煤粉的煤管和喷洒水蒸气的水蒸气管，所述煤管设于撒料箱内腔中心，煤管出口端设有导流板，煤管对应两侧分别设有水蒸气管。
6.根据权利要求1所述的一种利用干法生产工艺实现绿色脱硝的系统，其特征是，所述三次风管上设有三次风阀门。
7.根据权利要求1所述的一种利用干法生产工艺实现绿色脱硝的系统，其特征是，所述脱硝室的下部设有缩口，窑尾烟室的顶部与脱硝室底部的缩口连接，所述脱硝室内设有测温装置。
技术总结