Спосіб зменшення викиду noх з випалювального пічного агрегату

1 Способ уменьшения выброса NOX из обжигового печного агрегата, предназначенного для термообработки сырьевых материалов, который содержит по меньшей мере теплообменник и по меньшей мере три разных зоны сжигания Nсодержащего топлива, причем в первой из этих по меньшей мере трех зон (1) топливо сжигают в количестве с и в эту зону подают кислородсодержащий газ, во второй из этих по меньшей мере трех зон (2) топливо сжигают в количестве b и в эту зону из других по меньшей мере двух зон (1, 3) подают соответственно по каналу (6) и каналу (7) NO-содержащие отходящие газы, причем отходящие газы, выходящие из этой второй зоны, отводятся из обжигового печного агрегата, в третьей из этих по меньшей мере трех зон (3) топливо сжигают в количестве а й в эту зону подают кислородсодержащий газ, согласно которому суммарное количество топлива Ь+а, которое сжигают во второй и третьей зонах (2, 3), определяют потребностью в энергии, необходимой для достижения требующейся степени термообработки сырьевых материалов, подаваемых в первую зону, причем для достижения минимального содержания N0x в отходящих газах, выходящих из второй зоны (2), соотношение b и а регулируют, и согласно которому поток сырьевого материала, подаваемого в теплообменник (12) разделяют на три потока (14, 15, 16) с целью регулирования температуры во второй и в третьей из этих по меньшей мере трех зон в диапазоне 900-1200°С, причем первый из этих потоков (15) подают в поток отходящих газов, проходящий из первой зоны (1) во вторую зону (2) по каналу (6), а второй из этих потоков (16) подают в третью зону (3), отличающийся тем, что третий из этих потоков (14) подают в поток материала, проходящего через вторую зону (2), ниже по потоку от канала (7), по которому подводится частично декарбонизированный материал из третьей зоны (3) 2 Способ по п 1, отличающийся тем, что третий из этих потоков (14) подают в поток материала на участке, расположенном за второй зоной (2) 3 Способ по п 1 или 2, отличающийся тем, что первая зона представляет собой обжиговую печь (1), вторая зона представляет собой декарбонизатор (2), а третья зона представляет собой по меньшей мере одну камеру обжига 4 Способ по одному из пп 1-3, отличающийся тем, что сырьевые материалы и кислородсодержащий газ подают в верхнюю часть камеры (камер) обжига (3), что топливо сжигают также в верхней части камеры (камер) обжига (3) и, что по меньшей мере частично декарбонизированный материал и отходящие газы отводятся из нижней части камеры (камер) обжига (3) 5 Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что температура в декарбонизаторе (2) находится в пределах от 900 до 1150°С 6 Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что температура в камере (камерах) обжига (3) находится в пределах от 900 до1200°С 7 Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что температура в камере (камерах) ожига (3) находится в пределах от 1000 до1200°С 8 Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что температура в декарбонизаторе (2) находится в пределах от 950 до 1150°С 9 Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что температура в камере (камерах) обжига (3) находится в пределах от 1050до1200°С 10 Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что температура в декарбонизаторе (2) находится в пределах от 1000 до1150°С О ю 00 49875 Настоящее изобретение относится к способу уменьшения выброса NOx из обжигового печного агрегата, в котором для термообработки сырьевых материалов применяются топлива с низкой испаряемостью, причем в обжиговом печном агрегате такого типа топливо может сжигаться по меньшей мере в трех различных зонах В одной из этих по меньшей мере трех зон топливо сжигается в количестве с, в другой из этих зон топливо сжигается в количестве Ь, и в эту вторую зону из других по меньшей мере двух зон также поступают отходящие газы, содержащие N0 В остальных из этих по меньшей мере трех зон топливо сжигается в количестве а, и в эти зоны подается по меньшей мере часть сырьевых материалов вместе с кислородсодержащим газом Суммарное количество топлива, b + а, сжигаемого во второй и упомянутых последними зонах, определяется требующимися условиями обработки сырьевых материалов, а количества топлива, b и а, сжигаемого во второй и последней зонах, регулируются в сторону увеличения или уменьшения до тех пор, пока в отходящих из второй зоны газах не будет достигнуто минимальное содержание N0 Оксиды азота, NOx, образуются во время процесса горения в результате реакции окисления азота в топливе и в результате реакции окисления азота в воздухе, подаваемом в зону горения В том случае, когда температура в зоне горения составляет менее 1200°С, NOx образуется только на основе азота, который присутствует в топливе Этот тип называется топливным NOx Если температура поднимется до уровня свыше 1200°С, оксиды азота будут образовываться также на основе воздуха, подаваемого в зону горения Этот тип называется температурным NOx Приблизительно 95% оксидов азота, которые образуются в виде топливного NOx и температурного NOx, представляют собой монооксид азота, N0 В системе, в которой сжигается топливо, содержащее азот, имеют место следующие реакции NTonn + 0 ^ N 0 (1) NT0™ + NO -> N2 + О (2) Реакция (1) свидетельствует о том, что образование N0 в зоне будет зависеть от содержания азота в топливе и от содержания кислорода в газах, находящихся в этой зоне Реакция (2) свидетельствует о том, что, если в газе, который подается в эту зону, уже присутствует N0, количество N0, присутствующего в подводимом газе, будет уменьшаться за счет соединений азота, которые высвобождаются из топлива Суммарный выход N0, таким образом, зависит также от содержания N0 в подводимом газе, и, поскольку скорость реакции для реакции (2) возрастает с температурой более быстро, чем скорость реакции для реакции (1), повышение температуры в суммарных единицах приведет к уменьшению количества NOx, которое выходит из зоны обжига В отношении высокотемпературного горения в декарбонизаторе известно, что, если температура возрастает при близительно на 100°С, существует возможность понизить уровень NOx, выходящего из декарбонизатора, на 10 - 15% Верхний предел, при котором можно воспользоваться этим преимуществом, составляет 1200°С при этой температуре процесс образования температурного NOx из воздуха, подаваемого в зону горения, будет опережать процесс уменьшения N0, обусловленный реакцией (2) В тех случаях, когда обжиговый печной агрегат используется для получения цементного клинкера, процесс термообработки включает предварительный нагрев, декарбонизацию, агломерацию и охлаждение минеральных сырьевых материалов Три зоны, где сжигается N-содержащее топливо, находятся в зоне агломерации обжиговой печи и в двух местах в зоне декарбонизации - в декарбонизаторе и по меньшей мере в одной камере обжига В соответствии с терминологией описания настоящего изобретения «камера обжига» - это зона, где сжигается топливо и куда, в то же время, подаются материалы, подлежащие обработке «Декарбонизатор» - это камера обжига, расположенная в газопроводе обжиговой печи, по которому будут проходить отходящие из этой печи газы Температура в обжиговом печном агрегате для производства цементного клинкера превышает 1200°С только в собственно агломерационной печи Необходимые температура и время пребывания зависят от характеристик сырьевых материалов Сырьевой материал с низкими характеристиками прокаливания потребует, таким образом, более высокой температуры и/или более продолжительного времени пребывания Такой режим работы, где высокая температура пламени достигает 2000°С, приведет к существенному увеличению скорости образования NOx в отходящих газах Измерения показывают, что содержание летучих веществ в используемом топливе и температура, при которой происходит декарбонизация, являются теми факторами, которые оказывают влияние на образование NOx в зоне декарбонизации Чем выше содержание летучих веществ в топливе, тем, как оказывается, меньше количество N-гопл, который превращается в NOx Признанным фактом является то, что многие преимущества могут быть достигнуты путем оснащения зоны декарбонизации дополнительной камерой обжига, которая расположена таким образом, что в нее подается исключительно третичный воздух, поступающий из холодильника Такая камера обжига могла бы считаться составной частью зоны декарбонизации, если бы в нее подавались сырьевые материалы Печной агрегат такого типа описан в европейском патенте № 103423 (F L Smidth & Co A/S, соответствующем DK-C-151319) Отсюда известен обжиговый печной агрегат (SLC-S) для декарбонизации цементных сырьевых материалов, в кото 49875 ром учитывается тот факт, что достигнуть полного выжигания топлива, которое используется в декарбонизаторе, может быть затруднительно В этом агрегате сырьевой материал подается в камеру обжига (4), в которой он подвергается декарбонизации в потоке нагретого воздуха, поступающего от холодильника (2), только после того, как он прошел циклонный теплообменник (18, 18', 19, 20, 21) После предварительного нагрева сырьевой материал направляется в зону декарбонизации в два места в камеру обжига (4) и в газопровод (28) обжиговой печи или в камеру выдержки (29) Как указано в п 4 формулы изобретения, существует возможность подавать топливо в газопровод (28) обжиговой печи через горелку (45), однако в соответствии с изложенным в колонке 6, строки 13 - 27, это дополнительное количество топлива подается только при условии возможного увеличения количества цементной сырьевой муки, подаваемой в газопровод обжиговой печи Из патента США № 4,014,641 (Mitsubishi) известен обжиговый печной агрегат для декарбонизации цементных сырьевых материалов, в котором количество оксида азота в отходящих из обжиговой печи газах уменьшается за счет создания некоторого пространства в газопроводе обжиговой печи, куда подается восстановительный газ Нагретый воздух от холодильника (по каналу (5)) и горячий воздух из обжиговой печи (по каналу (13)) направляются в циклонный теплообменник (14, 15, 16, 17), в котором сырьевой материал подвергается предварительному нагреву в противотоке с горячим газом, поступающим от холодильника и обжиговой печи В пространстве газопровода обжиговой печи, которое находится ниже канала подачи (5), идущего от холодильника, за счет введения восстановительных газов, подаваемых по каналу (12), создаются условия восстановления Восстановительные газы образуются в декарбонизаторе (8), поскольку объем воздуха, подаваемого в декарбонизатор, достаточен для насыщения газом топлива, находящегося в декарбонизаторе, однако недостаточен для обеспечения полного выжигания топлива в декарбонизаторе (колонка 4, строки 1 - 5) Существенным недостатком этого печного агрегата является то, что в нем не могут быть использованы топлива, которые с трудом поддаются воспламенению и которые медленно горят, например, нефтяной кокс, антрацит и другие породы угля с низким содержанием газа, поскольку они привели бы к образованию большого количества несгоревшего коксового остатка, который осаждался бы во вращающейся обжиговой печи и, как следствие этого, создал бы проблемы, связанные с образованием нагара и возможностью удаления серы Из патента США № 5,364,265 (CLE) известна еще одна система декарбонизации, в которой выброс NOx сводится к образованию восстановительных газов, СО и Н, в камере обжига (20) Кокс, образующийся в камере обжига во время этого процесса, имеет вполне характерные реактивные свойства Однако оптимизация этого способа является относительно трудно осуществимой с точки зрения обеспечения минимального выброса NOx, поскольку во время работы регулированию поддаются лишь несколько параметров Количество топлива, сжигаемого в камере обжига, полностью зависит от требующейся степени декарбонизации цементной сырьевой муки Задачей настоящего изобретения является создание способа, с помощью которого можно было бы достигнуть уменьшения выброса NOx из обжигового печного агрегата и который позволил бы, в то же время, использовать топлива с низкой реакционной способностью, например, нефтяной кокс, антрацит и другие породы угля с низким содержанием газа, в зонах с относительно низкой температурой При производстве цементного клинкера такие зоны с относительно низкой температурой находятся в узле (узлах) декарбонизации до входа цементной сырьевой муки в обжиговую печь Согласно изобретению эта задача решается тем, что количество топлива Ь, которое используется для сжигания в зоне, куда подаются N0содержащие отходящие газы, и количество топлива а, которое используется для сжигания в зоне, куда подаются сырьевые материалы и кислородсодержащий газ, соответственно регулируются в сторону увеличения или уменьшения до тех пор, пока в газах, отходящих из зоны, куда подаются NO-содержащие газы, отходящие из всех других зон горения, не будет достигнуто минимальное содержание N0 Температура в зонах, где сжигается топливо b и а, находится в пределах от 900 до1200°С Фактически этот способ, согласно которому топливо сжигается в камере обжига, расположенной в канале подачи третичного воздуха и в декарбонизаторе, который представляет собой камеру обжига, расположенную в газопроводе обжиговой печи, является комбинацией обжигового печного агрегата ILC (декарбонизатор поточной линии) и обжигового печного агрегата SLC-S (система декарбонизатор отдельной линии - цепь единичных теплообменников) Следовательно, было бы разумно предположить, что выброс NOX из такого комбинированного печного агрегата будет соответствовать среднему значению между выбросом NOX, исходящим из агрегата ILC, и выбросом NOX, исходящим из агрегата SLC-S такой же производительностиОднако, как это не удивительно, оказалось, что выброс NOX из обжигового печного агрегата, который работает в соответствии со способом, заявленным в п 1 формулы изобретения, меньше, чем это может быть достигнуто в любом из двух известных печных агрегатов, ILC и SLC-S Кроме того, совсем не сложно преобразовать любые существующие печные агрегаты ILC в агрегат, который может работать в соответствии со способом, заявленным в п 1 формулы изобретения, что означает появление возможности использования топлив, которые с трудом сжигаются в зоне декарбонизации В существующих печных агрегатах SLC-S, как это уже описано в европейском патенте № 103423, уже возможно сжигать топливо в газопроводе обжиговой печи для создания восстановительной зоны, и, следовательно, настоящее изобретение может быть реализовано в этих 49875 агрегатах без необходимости внесения в них существенных конструктивных изменений Даже в тех случаях, когда в газопроводе обжиговой печи сжигается небольшое количество b топлива (около 10% от суммарного количества топлива, которое используется в зоне декарбонизации), становится возможным достигнуть значительного уменьшения выброса NOx из зоны декарбонизации, однако минимальное количество выбрасываемого из зоны декарбонизации NOx обеспечивается, как правило, когда в декарбонизаторе сжигается 25 - 75% количества b топлива С целью сведения к минимуму выброса NOx в процессе производства цементного клинкера целесообразно, чтобы процесс, имеющий место в камере обжига и в декарбонизаторе, осуществлялся при относительно высокой температуре, поскольку скорость реакции (2) возрастает по сравнению со скоростью реакции (1) Кроме того, степень выжигания таких топлив, как нефтяной кокс и антрацит, повышается при более высоких температурах Верхний предел рабочих температур при использовании данного способа для производства цемента составляет примерно 1200°С Когда температура достигает примерно 1200°С, в цементной сырьевой муке начинается образование жидкой фазы, в результате чего мука становится клейкой Оптимальным способом регулирования температуры в декарбонизаторе и в камере обжига является регулируемая подача цементной сырьевой муки в зону декарбонизации Как было установлено, особенно целесообразным является разделение цементной сырьевой муки, которая подается в зону декарбонизации, на три подпотока Затем в дополнение к загрузке цементной сырьевой муки в камеру обжига эти три подпотока подаются в зону декарбонизации соответственно до и после этой загрузки В связи с таким разделением температура в той части зоны декарбонизации, которая находится непосредственно за местом смешения отходящих из обжиговой печи газов, отходящих газов и частично декарбонизированных сырьевых материалов из камеры обжига и топлива, подаваемого в декарбонизатор, но до места подачи остальной части сырьевых материалов, устанавливается на уровне 1000 - 1150°С Эта температурная зона обеспечивает благоприятные условия для разложения NOx и в тех случаях, когда используется топливо, с трудом поддающееся горению, например, нефтяной кокс и антрацит Ниже следует более подробное описание настоящего изобретения, ведущееся со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых представлены фиг 1 - вариант выполнения агрегата, при помощи которого может быть осуществлен способ, заявленный в формуле изобретения, фиг 2 - выброс NOx из ряда агрегатов ILC в функции количества NOx на входе в декарбонизатор, фигЗ - выброс NOx из декарбонизатора в функции количества топлива, добавляемого в декарбонизатор, в зависимости от суммарного количества топлива, добавляемого в зону декарбонизации 8 Обжиговый печной агрегат, показанный на фиг 1, представляет собой агрегат для производства цементного клинкера Он содержит обжиговую печь 1, декарбонизатор 2 и камеру 3 обжига За обжиговой печью 1 следует клинкерный холодильник 4, откуда нагретый воздух по каналу 4 поступает в зону декарбонизации Нагретый воздух разделяется между двумя каналами 5а и 5Ь, которые направляют этот воздух в декарбонизатор 2 и камеру 3 обжига В декарбонизатор 2 подаются горячие отходящие газы из обжиговой печи 1 по каналу 6 и горячие отходящие газы, смешанные с частично декарбонизированным сырьевым материалом, из камеры обжига 3 по каналу 7 Декарбонизированный сырьевой материал из декарбонизатора 2 направляется во взвешенном состоянии по каналу 8 в циклонный сепаратор 9 В циклонном сепараторе 9 газово-сырьевая суспензия разделяется на поток декарбонизированного сырьевого материала и поток горячего газа Декарбонизированный сырьевой материал направляется по каналу 10 во вращающуюся обжиговую печь 1, а поток горячего воздуха направляется по каналу 11 в циклонный теплообменник с несколькими циклонами На фиг 1 показан только самый нижний циклон 12 теплообменника Предварительно нагретый сырьевой материал из циклона 12 направляется через трехсекционное устройство 13 вниз в зону декарбонизации по трем каналам 14, 15 и 16 По каналу 14 сырьевой материал направляется непосредственно за декарбонизатор или в собственно декарбонизатор 2, по каналу 15 сырьевой материал направляется в поток газов, отходящих из обжиговой печи 1, в результате чего сырьевой материал попадает в декарбонизатор 2, а по каналу 16 сырьевой материал направляется в камеру 3 обжига По каналу 16 сырьевой материал может направляться либо непосредственно в камеру 3 обжига, либо в канал 5 подачи третичного воздуха, который показан на фиг 1 Общий поток сырьевого материала постоянно и регулируемо распределяется по трем каналам 14, 15 и 16, и при особых обстоятельствах можно, например, прервать прохождение потока сырьевого материала по одному или нескольким из этих каналов 14, 15 и 16 В таком агрегате топливо может сжигаться в декарбонизаторе 2 с помощью горелки 17 (Ь ккал/кг клинкера), в камере 3 обжига с помощью горелки 18 (а ккал/кг клинкера) и в обжиговой печи 1 с помощью горелки 19 (с ккал/кг клинкера) На фиг 2 представлены зарегистрированные данные об образовании NO в нескольких декарбонизаторах ILC в функции количества NO, подаваемого в декарбонизатор из обжиговой печи Поскольку эти данные относятся к замерам, полученным от различных печных агрегатов, на которых сжигаются различные топлива, отличающиеся одно от другого как с точки зрения теплотворной способности, так и с точки зрения содержания азота, было выбрано безразмерное выражение, где 49875 10 при количествах а + b = 450ккал/кг клинкера, котоNOC рые распределяются как количество b ккал/кг X= топл клинкера в декарбонизаторе и 450 - b ккал/кг клинкера в камере обжига Если температура в камере NO™ -NO У= обжига поддерживается на уровне примерно 1100°С, степень конверсии в камере обжига при = СТепеНЬ КОНВерСИИ N-гопл В N O , сжигании нефтяного кокса будет, как правило, a NOBX, NOBbix и Nтoпл рассчитаны в единицах равна примерно уКЭн - 0,5 кмоль/час или кг N-эквивалент/кг клинкера К декарбонизатору применимы следующие Если к этим экспериментальным данным приформулы менить кривую зависимости, появляется следующее отношение х, декарб х, декарб У= у = 1,5 • ожид(-х)-1 Torui, декарб Если возможно определить величину х, х декарб — > І^топл декарб ' Уїдекарб ~ N U i x декарб - I N U ~ должен быть выбран так, чтобы у N U i x декарб ~ І^ опл декарб " Удекарб