[发明专利]在链箅机-回转窑球化炉中实现低NOx的装置和方法

说明书

技术领域

这个技术包括炉排(grate)、回转窑(rotary kiln)、冷却器以及链箅机-回转窑(grate-kiln)球化炉的其他部件。

背景技术

该链箅机-回转窑球化工艺是将铁矿石硬化为适于运输以及适于后续在高炉和炼钢中使用的球粒。铁矿石粉与其他材料混合(例如白云石和皂土)并且形成圆球，其之后可以装载在移动的炉排上，并且在该炉排上被干燥、预热以及局部硬化。最终的硬化发生在这些球粒从该炉排排到大型的回转窑时，在那里利用大型燃烧器将处理空气流点燃而将这些球粒加热到2400-2500F，在燃烧产物中有过量的氧气。(在有些情况下，矿石中的铁的氧化物也对该过程提供热量。)然后，这些球粒在冷却器中通过迫使环境空气流通过这些球粒而冷却。该窑的处理空气流是热空气，其通过在该冷却器中冷却这些球粒并结合该窑燃烧器的燃烧产物而生成。

由于在该炉排和窑部分中传递到这些球粒的热量是重新生成到冷却器中的处理空气中的，所以这个过程是非常节能，但是这个过程所需要的窑中的大量过量的氧气以及空气从冷却器进入窑的空气的高温结合还会产生非常高的NOx。减小该窑燃烧器产生的NOx而同时保持通过使用该处理空气保持较高的处理效率是非常有价值的。

有一些其他类似的工艺，其包含由燃烧器点燃的回转窑并提供通过在冷却器中冷却产品而预加热的处理空气流。本发明同样适用于这些工艺。

典型的现有链箅机-回转窑球化炉包含大型回转窑(由一个或两个非常高容量的(100至500MMBtu/h)窑燃烧器点燃)，其在过量的高温预热空气中燃烧烃燃料，通常是天然气、燃油、碳或生物质，以提供硬化铁矿石球粒所需要的高温(2400-2500F)氧化环境。典型的窑是由单个大型的燃烧器，具有非常长的高温火焰。大的火焰包面产生非常大的火焰与高温氧化物之间的分界面积，以及较长的存续时间。因此，大的火焰包面、高预热温度、高火焰温度以及燃烧区域大量过量的氧气全部在一起而产生非常高的NOx排放。

现有设计非常省油，因为存储在球粒中的热量传递到预热空气而高达2000F的温度；之后，这个空气随后用于干燥和加热这些球粒，以及作为将该处理气体加热到所需温度而需要的燃料的氧化剂。问题是实现工艺省油的那些因素极大促成了NOx的形成。大多数现有低NOx燃烧器使用的策略要么在高温富氧环境下不能很好运转，要么对燃料效率有极大的负面影响。

仅有的其他可用的降低NOx的方式是后处理方法，例如SCR，SNCR，以及LO-TOX。这些方法要么实施非常昂贵，需要在该工艺中输入很大的额外能量，要么无法结合在该工艺中。

在最大化燃料效率并且无节制排放的情况下，现有装置具有直观的意义，因为温度最高的余热利用(recuperated)冷却空气流用在该工艺的最高温度部分。

图1、2以及3示出典型的现有技术的构造。图1中，热的硬化球粒从窑10进入冷却器12。冷却空气鼓风机14将冷却空气流吹到该冷却器12中的球粒上方，冷却这些球粒并且加热冷却空气。该鼓风机14是气体流动装置的一部分，该装置包括鼓风机、燃烧器、管道、流量控制装置、控制器以及所需的其他已知设备，形成为该硬化工艺提供加热的处理空气和其他反应物质的构造。该冷却器12通常分成多个段或部分20，从最靠近该窑10的排放端22的部分20离开的冷却空气比从离该窑10的该排放端22较远的部分20离开的冷却空气热。在回转路径的冷却器的情形中，例如环形冷却器，上面使用的词语“最靠近”和“较远”指的是球粒沿着该冷却器12的回转路径行进的距离，而不是距离该窑10的排放端的直线距离。

图1中，从冷却器12的最热部分20离开的大约2000F的空气在进入窑10之前通过排风罩和管道组成的结构24。窑燃烧器26通常在该窑10的排放端22中燃烧一种或多种燃料，例如天然气、燃油、煤炭、生物燃料等。该窑燃烧器26通常提供有燃烧空气流，该空气流比完全燃烧该空气所需的量少得多。来自该冷却器12的处理空气包括相比燃烧燃料所需大量过剩的空气，因此在完全燃烧这些燃料之后，该处理空气中通常有10％到16％的氧气离开该窑10。