氨燃烧还原低NOx排放连续加热炉窑及控制方法与流程

氨燃烧还原低nox排放连续加热炉窑及控制方法
技术领域
1.本发明涉及燃烧技术领域，特别涉及一种氨燃烧还原低nox排放连续加热炉窑及控制方法。


背景技术：

2.连续加热炉窑是陶瓷、水泥、钢铁、有色金属等材料生产中必不可少的大规模原材料制品燃料燃烧高温加热或烧成关键设备。
3.目前，“氢”能源被认为是未来实现碳中和目标全球能源结构发展的重要方向，氨作为氢的一种高效零碳载体，质量含氢率高达 17.6％，常温下8atm即可液化，制备和储运产业链成熟，并且，液氨能量密度为18.8mj/kg，是最具潜力替代传统化石能源应用于动力锅炉、工业炉窑、内燃机、燃气轮机等工业热设备的零碳燃料。氨具有无碳的优点，完全燃烧后的排放物只有水和氮气，并且氨作为一种无碳燃料，同时具有热值高、易于储存等优点，从减少碳排放角度而言，适于用作陶瓷、水泥、金属等材料制品连续加热炉窑新一代燃料。然而当氨作为加热炉燃料使用时，由于氨燃烧稳定性差，且含有燃料氮，使得燃烧过程中氮氧化物的排放大量增加，除非增加成本采取选择性非催化还原(sncr)或选择性催化还原(scr)烟气后处理方法，否则将造成环境的较大污染。


技术实现要素：

4.本发明目的在于提供一种氨燃烧还原低nox排放连续加热炉窑及控制方法，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。
5.为解决上述技术问题所采用的技术方案：
6.一种氨燃烧还原低nox排放连续加热炉窑，包括窑体，所述窑体具有出料端和进料端，所述窑体内设置有输送通道，所述窑体从所述进料端至所述出料端依次设置有预热段、高温烧成段，所述高温烧成段设置有多个燃烧器，多个所述燃烧器包括氨燃烧器、天然气燃烧器和氨燃烧还原喷枪，所述高温烧成段设置有初始加热段和高温段，所述氨燃烧还原喷枪设置于所述初始加热段，所述氨燃烧器和所述天然气燃烧器设置于高温段，所述预热段物料进口端设置有烟气出口。
7.本发明的有益效果是：
8.瓷砖坯料从进料端进料依次由输送通道输送进入窑体的预热段干燥预热，然后进入高温烧成段由燃烧器燃烧供热烧成，最后冷却，由出料端输出窑体，完成烧结。高温烧成段的窑体两侧布置多个燃烧器，供给燃料燃烧保证陶瓷坯料获得足够的热量，达到特定的烧成温度要求。
9.燃烧产生的烟气沿炉长方向和陶瓷坯料行进的方向相反，成逆向换热流动，在初始加热段中未燃烧氨作为还原剂对燃烧烟气中存在的氮氧化物进行还原反应，减少了氮氧化物的产生，且利用了烟气的热量对预热段的物料进行加热。
10.在窑体中高温烧成段采用所述氨燃烧器和所述天然气燃烧器组合燃烧，通过氨低
空气系数不完全燃烧及氨部分分解成氢和氮分子的方式减少氮氧化物，然后由天然气高空气系数过氧燃烧实现二次低氮完全燃烧；在初始加热段采用更低空气系数不完全燃烧方式同时实现供热和选择性非催化氮氧化物还原。这种方式可以大幅度降低氨燃烧过程氮氧化物排放。
11.作为上述技术方案的进一步改进，多个所述燃烧器呈交错设置在所述输送通道的两侧，所述氨燃烧器和天然气燃烧器在所述输送通道的同侧呈交错间隔设置。
12.呈交错设置在所述输送通道的两侧可均匀对窑体的燃烧腔内的进行加热，同侧呈交错间隔设置有利于天然气燃烧器长的多余的氧量及时在高温段内帮助氨燃烧器中未完全燃烧的燃料进一步燃尽。
13.作为上述技术方案的进一步改进，所述天然气燃烧器的空气系数为1.1～1.3，所述氨燃烧器的空气系数为为0.85～1.0。氨燃料在空气系数1.1～1.3的范围下氮氧化物生成量较少，同时天然气燃烧时空气系数为0.85～1.0的范围能够进行过氧充分燃烧，且氮氧化物生成量很少，减少了氮氧化物的产生。
14.作为上述技术方案的进一步改进，所述氨燃烧还原喷枪的空气系数为0.5～0.95。利用氨燃料在空气系数0.5～0.95的范围下的燃烧特性，在这初始加热段内氨燃烧器缺氧燃烧形成的还原气氛容易进行炉内烟气中的氮氧化物还原反应，因此可以极大降低氨燃烧的氮氧化物生成量。
15.作为上述技术方案的进一步改进，靠近所述出料端还设置有冷却段，所述冷却段设置有冷却结构，冷却结构对烧成的高温瓷砖进行冷却降温。
16.作为上述技术方案的进一步改进，所述窑体的墙体为保温隔热炉墙，起到保温隔热作用。
17.作为上述技术方案的进一步改进，所述初始加热段的温度控制在 800至1000摄氏度之间，所述高温段控制在1000摄氏度以上。初始加热段温度在800至1000摄氏度之间，氨燃烧器缺氧燃烧形成的还原气氛容易进行炉内烟气中的氮氧化物还原反应，因此可以极大降低氨燃烧的氮氧化物生成量。
18.作为上述技术方案的进一步改进，所述初始加热段的温度控制在 900摄氏度。在900摄氏度左右，初始加热段使用氨燃烧还原喷枪的不完全燃烧方式，氨燃烧器缺氧燃烧形成的还原气氛更容易进行炉内烟气中的氮氧化物还原反应，因此可以极大降低氨燃烧的氮氧化物生成量。
19.本发明提供了一种适用于上述任意一项所述的氨燃烧还原低 nox排放连续加热炉窑的控制方法：
20.控制烟气从高温段流向初始加热段；
21.控制氨燃烧还原喷枪、氨燃烧器、天然气燃烧器的空气系数，并使得高温段温度至1000摄氏度以上，初始加热的温度在800摄氏度至1000摄氏度之间。
22.本发明使用氨和天然气的炉内高温段组合燃烧，通过控制不同燃烧器的助燃空气系数控制氮氧化物生成量，同时在900℃左右的初始加热段使用氨燃烧器的不完全燃烧方式，既保证窑体供热，又能够进行烟气中的氮氧化物还原，不涉及到炉窑本体结构上的改变，方法简单明了，效果明显。
23.作为上述技术方案的进一步改进，将氨燃烧还原喷枪的空气系数控制为0.5～
0.95、氨燃烧器的空气系数控制为0.85～1.0、天然气燃烧器的空气系数控制为1.1～1.3。
24.氨燃料在空气系数0.85～1.0的范围下氮氧化物生成量最少，同时天然气燃烧时空气系数1.1～1.3的范围能够进行过氧充分燃烧，且氮氧化物生成量很少，使得氨燃烧器中未燃尽成分和天然气燃烧器燃烧后多余的氧在炉膛内结合进行二次燃烧，同时在窑体烟温900℃左右的初始加热段设置氨燃烧还原喷枪并控制其空气系数在0.5～0.95的范围，不仅能提供该加热段的热量，同时提供未燃的残余氨和高温烧成段生成的烟气中氮氧化物结合进行氮氧化物还原反应。
附图说明
25.下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明；
26.图1是本发明所提供的一种氨燃烧还原低nox排放连续加热炉窑，其一实施例的结构示意图；
27.图2是图1中的a-a处剖示图；
28.图3是图1中的b-b处剖示图。
29.附图说明：
30.窑体100、出料端110、进料端120、输送通道130、预热段140、高温烧成段150、初始加热段151、高温段152、冷却段160、烟气出口170；
31.氨燃烧器200；
32.天然气燃烧器300；
33.氨燃烧还原喷枪400。
具体实施方式
34.本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。
35.在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右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。
36.在本发明的描述中，如果具有“若干”之类的词汇描述，其含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。
37.本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
38.为了解决陶瓷、水泥、金属等材料制品连续加热炉窑中产生大量氮氧化物问题，参照图1至图3，本发明的一种氨燃烧还原低nox 排放连续加热炉窑及控制方法，其均可应用于陶瓷隧道窑、水泥连续窑和金属连续式加热炉窑，本发明以陶瓷烧结为例，nox也指氮氧化物，作出如下实施例：
39.在本实施例中，一种氨燃烧还原低nox排放连续加热炉窑包括窑体100，窑体100内的燃烧腔体呈左右延伸设置，窑体100的左端为进料端120，窑体100的右端为出料端110，窑体100内设置有输送通道130，本实施例中，输送通道130为辊道，在其他一些实施例中可以采用其他皮带输送等可实现物料移动的输送结构，需要具有输送瓷砖的功能同时需要耐高温。窑体100从进料端120至出料端110 依次设置有预热段140、高温烧成段150、冷却段160。瓷砖坯料从进料端120进料依次由输送通道130输送进入窑体100的预热段140 干燥预热，然后进入高温烧成段150由燃烧器燃烧供热烧成，最后通过冷却段160冷却，由出料端110输出窑体100，完成烧结。
40.其中，窑体100的墙体为保温隔热炉墙，起到保温隔热作用。在他一些实施例中，也可为耐高温金属材料制成。
41.预热段140用于对瓷砖进行干燥预热，可设置其他加热结构，也可以利用烟气余热预热，充分利用烟气的热量。
42.高温烧成段150设置有多个燃烧器，多个燃烧器包括氨燃烧器 200、天然气燃烧器300和氨燃烧还原喷枪400，其中，氨燃烧还原喷枪400也是燃烧器，也是使用氨燃料作为燃烧燃料，但是由于控制了燃烧时的空气系数，主要起到目的是还原反应，为了更好地区分将其称为氨燃烧还原喷枪400。高温烧成段150的窑体100两侧布置多个燃烧器，供给燃料燃烧保证陶瓷坯料获得足够的热量，达到特定的烧成温度要求。
43.进一步地，多个燃烧器呈交错设置在输送通道130的两侧，从图 1的侧视图上看，多个燃烧器在左右方向上呈等距间隔设置，从图2 的剖视图上看，同一断面上，窑体100的前后两侧壁分别设置两个燃烧器，两个燃烧器呈前后相对设置，起到对窑体100的燃烧腔内的进行加热的效果。本发明对燃烧器的具体设置的数量和位置不作具体限制，本领域技术人员可根据实际情况作出变换。
44.进一步地，为了控制氨燃烧过程中产生的氮氧化物，参照图3，高温烧成段150设置有初始加热段151和高温段152，氨燃烧还原喷枪400设置于初始加热段151，可以知道的是，高温段152的长度大于初始加热段151的长度，氨燃烧器200和天然气燃烧器300设置于高温段152所在窑体100的前后两侧壁。
45.氨燃料在氨燃烧器200中以低空气系数不完全燃烧方式燃烧，能够有效控制氨燃烧过程中产生的氮氧化物；天然气燃烧器300以高空气系数过氧燃烧方式完全燃烧，多余的氧量在高温烧成段150燃烧腔室内帮助氨燃烧器200中未完全燃烧的燃料进一步燃尽。
46.进一步地，氨燃烧器200和天然气燃烧器300在输送通道130的同侧呈交错间隔设置，有利于天然气燃烧器300长的多余的氧量及时在高温段152内帮助氨燃烧器200中未完全燃烧的燃料进一步燃尽。
47.窑体100在预热段140的两侧壁设置有氨燃烧还原喷枪400，氨燃烧还原喷枪400同时具有燃烧和氮氧化物还原功能，氨燃烧还原喷枪400以更低空气系数进行不完全燃烧，除了提供高温烧成段150所需要的热量外，同时未反应的含氢可燃物能够在预热段140合适温度和反应物浓度条件下对流经该段来自于其它炉段燃烧过程中产生的氮氧化物起到还原作用。
48.预热段140物料进口端设置有烟气出口170，烟气出口170连接有烟气管道。燃烧产生的烟气沿炉长方向和陶瓷坯料行进的方向相反，成逆向换热流动，在初始加热段151中未
燃烧氨作为还原剂对燃烧烟气中存在的氮氧化物进行还原反应，减少了氮氧化物的产生，且利用了烟气的热量对预热段140的物料进行加热。
49.靠近出料端110还设置有冷却段160，冷却段160设置有冷却结构，冷却结构对烧成的高温瓷砖进行冷却降温。冷却段160也设置有输送通道130，冷却段160可分为极冷段和缓冷段，冷却结构为可帮助瓷砖进行降温的结构，例如冷却风循环系统，在冷却端不断通入循环冷风，以达到降温效果。
50.在窑体100中高温烧成段150采用氨燃烧器200和天然气燃烧器 300组合燃烧，通过氨低空气系数不完全燃烧及氨部分分解成氢和氮分子的方式减少氮氧化物，然后由天然气高空气系数过氧燃烧实现二次低氮完全燃烧；在初始加热段151采用更低空气系数不完全燃烧方式同时实现供热和选择性非催化氮氧化物还原。这种方式可以大幅度降低氨燃烧过程氮氧化物排放。
51.进一步地，天然气燃烧器300的空气系数为1.1～1.3，氨燃烧器 200的空气系数为0.85～1.0。氨燃料在空气系数0.95左右情况下氮氧化物生成量较少，同时天然气燃烧时空气系数1.3左右能够进行过氧充分燃烧，且氮氧化物生成量很少，减少了氮氧化物的产生。
52.进一步地，氨燃烧还原喷枪400的空气系数为0.5～0.95。利用氨燃料在空气系数0.5左右情况下燃烧特性，在初始加热段151内氨燃烧器200缺氧燃烧形成的还原气氛容易进行炉内烟气中的氮氧化物还原反应，因此可以极大降低氨燃烧的氮氧化物生成量。
53.进一步地，初始加热段151的温度控制在800至1000摄氏度之间，高温段152控制在1000摄氏度以上。初始加热段温度在800至 1000摄氏度之间，氨燃烧器缺氧燃烧形成的还原气氛容易进行炉内烟气中的氮氧化物还原反应，因此可以极大降低氨燃烧的氮氧化物生成量。
54.进一步地，初始加热段151的温度控制在900摄氏度。在900摄氏度左右，初始加热段151使用氨燃烧还原喷枪400的不完全燃烧方式，氨燃烧器缺氧燃烧形成的还原气氛更容易进行炉内烟气中的氮氧化物还原反应，因此可以极大降低氨燃烧的氮氧化物生成量。
55.本发明氨燃烧还原低nox排放连续加热炉窑沿长度方向瓷砖料从入口到出口分别经过从低温到高温的加热过程，燃烧烟气从高温到低温和坯料逆行换热，且在1000℃以上高温加热段采用低空气系数氨分解燃烧和高空气系数无氨燃料充分燃烧的组合燃烧方式控制氮氧化物生成，在约900℃中温加热段采用低空气系数同时具有氨燃烧和还原双功能的氨燃烧器一方面燃烧供热，另一方面未燃烧氨作为还原剂对燃烧烟气中存在的氮氧化物进行还原反应，且全部系统中氨既作为燃料使用，又作为还原剂使用，无需额外增加需要喷氨水或尿素的选择性非催化还原装置sncr或选择性催化还原装置scr进行烟气后处理。此外，还具有非常强的燃烧温度工艺适配性和非常低的氮氧化物生成量，并有效降低为达到同等氨燃料稳燃低氮目标而采用其它技术手段投入的运行费用和设备费用。
56.本发明提供了一种适用于上述任意一项的氨燃烧还原低nox排放连续加热炉窑的控制方法：
57.控制烟气从高温段152流向初始加热段151；
58.控制氨燃烧还原喷枪400、氨燃烧器200、天然气燃烧器300的空气系数，并使得高温段152温度至1000摄氏度以上，初始加热的温度在800摄氏度至1000摄氏度之间。
59.本发明使用氨和天然气的炉内高温段152组合燃烧，通过控制不同燃烧器的助燃
空气系数控制氮氧化物生成量，同时在900℃左右，初始加热段使用氨燃烧器的不完全燃烧方式，既保证窑体100供热，又能够进行烟气中的氮氧化物还原，不涉及到炉窑本体结构上的改变，方法简单明了，效果明显。
60.进一步地，将氨燃烧还原喷枪400的空气系数控制为0.5～0.95、氨燃烧器200的空气系数控制为0.85～1.0、天然气燃烧器300的空气系数控制为1.1～1.3。
61.具体地，氨燃料在空气系数0.95左右情况下氮氧化物生成量最少，同时天然气燃烧时空气系数1.3左右能够进行过氧充分燃烧，且氮氧化物生成量很少，使得氨燃烧器200中未燃尽成分和天然气燃烧器300燃烧后多余的氧在窑体100的燃烧腔体内结合进行二次燃烧，同时在窑体100烟温900℃左右，初始加热段设置氨燃烧还原喷枪400 并控制其空气系数在0.5左右，不仅能提供该加热段的热量，同时提供未燃的残余氨和高温烧成段150生成的烟气中氮氧化物结合进行氮氧化物还原反应。
62.以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本技术权利要求所限定的范围内。

技术特征：
1.一种氨燃烧还原低nox排放连续加热炉窑，其特征在于，包括窑体(100)，所述窑体(100)具有出料端(110)和进料端(120)，所述窑体(100)内设置有输送通道(130)，所述窑体(100)从所述进料端(120)至所述出料端(110)依次设置有预热段(140)、高温烧成段(150)，所述高温烧成段(150)设置有多个燃烧器，多个所述燃烧器包括氨燃烧器(200)、天然气燃烧器(300)和氨燃烧还原喷枪(400)，所述高温烧成段(150)设置有初始加热段(151)和高温段(152)，所述氨燃烧还原喷枪(400)设置于所述初始加热段(151)，所述氨燃烧器(200)和所述天然气燃烧器(300)设置于高温段(152)，所述预热段(140)物料进口端设置有烟气出口(170)。2.根据权利要求1所述的一种氨燃烧还原低nox排放连续加热炉窑，其特征在于：多个所述燃烧器呈交错设置在所述输送通道(130)的两侧，所述氨燃烧器(200)和天然气燃烧器(300)在所述输送通道(130)的同侧呈交错间隔设置。3.根据权利要求1所述的一种氨燃烧还原低nox排放连续加热炉窑，其特征在于：所述天然气燃烧器(300)的空气系数为1.1～1.3，所述氨燃烧器(200)的空气系数为0.85～1.0。4.根据权利要求1所述的一种氨燃烧还原低nox排放连续加热炉窑，其特征在于：所述氨燃烧还原喷枪(400)的空气系数为0.5～0.95。5.根据权利要求1所述的一种氨燃烧还原低nox排放连续加热炉窑，其特征在于：靠近所述出料端(110)还设置有冷却段(160)，所述冷却段(160)设置有冷却结构。6.根据权利要求1所述的一种氨燃烧还原低nox排放连续加热炉窑，其特征在于：所述窑体(100)的墙体为保温隔热炉墙。7.根据权利要求1所述的一种氨燃烧还原低nox排放连续加热炉窑，其特征在于：所述初始加热段(151)的温度控制在800至1000摄氏度之间，所述高温段(152)控制在1000摄氏度以上。8.根据权利要求1所述的一种氨燃烧还原低nox排放连续加热炉窑，其特征在于：所述初始加热段(151)的温度控制在900摄氏度。9.一种适用于如权利要求1至8任意一项所述的氨燃烧还原低nox排放连续加热炉窑的控制方法，其特征在于：控制烟气从高温段(152)流向初始加热段(151)；控制氨燃烧还原喷枪(400)、氨燃烧器(200)、天然气燃烧器(300)的空气系数，并使得高温段(152)温度至1000摄氏度以上，初始加热的温度在800摄氏度至1000摄氏度之间。10.根据权利要求8所述的一种氨燃烧还原低nox排放连续加热炉窑的控制方法，其特征在于：
将氨燃烧还原喷枪(400)的空气系数控制为0.5～0.95、氨燃烧器(200)的空气系数控制为0.85～1.0、天然气燃烧器(300)的空气系数控制为1.1～1.3。

技术总结
本发明公开了一种氨燃烧还原低NOx排放连续加热炉窑及控制方法，包括窑体，窑体具有出料端和进料端，窑体内设置有输送通道，窑体从进料端至出料端依次设置有预热段、高温烧成段，高温烧成段设置有多个燃烧器，多个燃烧器包括氨燃烧器、天然气燃烧器和氨燃烧还原喷枪，高温烧成段设置有初始加热段和高温段，氨燃烧还原喷枪设置于初始加热段，氨燃烧器和天然气燃烧器设置于高温段，预热段物料进口端设置有烟气出口。燃烧产生的烟气沿炉长方向和陶瓷坯料行进的方向相反，成逆向换热流动，在初始加热段中未燃烧氨作为还原剂对燃烧烟气中存在的氮氧化物进行还原反应，减少了氮氧化物的产生，且利用了烟气的热量对预热段的物料进行加热。行加热。行加热。


技术研发人员：靳世平 程一兵 王宇 马柳昊 陈静 薛勃飞 杜建国 龚聪文 祝守焱 潘磊 柯善军 张提
受保护的技术使用者：佛山市德力泰科技有限公司 佛山欧神诺陶瓷有限公司
技术研发日：2022.09.27
技术公布日：2023/1/6