氧化鋁焙燒爐及其軸向空氣分級燃燒方法與流程

本發(fā)明涉及冶金技術領域，具體而言，特別涉及一種氧化鋁焙燒爐及其軸向空氣分級燃燒方法。

背景技術：

近年中國氧化鋁產(chǎn)能保持快速增長，但平均產(chǎn)能利用率僅為70.7%左右；所以在鋁行業(yè)內(nèi)的煙氣排放標準必定會逐步提高，針對煙氣脫硝技術尤為迫切。

氧化鋁焙燒爐其nox的來源應該主要是熱力型的，因為燃料采用燃料，其中的有機n已經(jīng)在氣化的過程中消耗了，即在燃燒時應該沒有有機n，只有氮氣在高溫生成。熱力型nox的生成機理為高溫條件下，氧氣與氮氣發(fā)生化學反應，最終生成nox。燃料型nox的生成機理為，燃料中的含氮化合物在加熱過程中，部分轉(zhuǎn)化成揮發(fā)分型氮，部分轉(zhuǎn)化成焦炭型n，伴隨揮發(fā)分的燃燒和焦炭的燃燒，氮化合物經(jīng)過一系列復雜的分解反應、氧化反應，最終形成nox。怎樣減少氮氧化物的生成量成為急需解決的問題。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決現(xiàn)有技術中的上述技術問題之一。有鑒于此，本發(fā)明的一個方面需要提供一種氧化鋁焙燒爐，該氧化鋁焙燒爐布局合理、安全高效，在不增加運行費用的情況下降低焙燒爐原始氮氧化物的生成。本發(fā)明的另一方面需要提供一種氧化鋁焙燒爐軸向空氣分級燃燒方法。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面提出一種氧化鋁焙燒爐，包括：焙燒主爐；變徑部，所述變徑部的徑向尺寸由上至下逐漸減小，所述變徑部的上端與所述焙燒主爐相通；燃燒槽，所述燃燒槽上端與所述變徑部的下端相通，所述燃燒槽的內(nèi)壁上設有在第一噴嘴組和位于所述第一噴嘴組上方的第二噴嘴組，所述第一噴嘴組由多個沿周向布置的第一噴嘴構(gòu)造成，所述第二噴嘴組由多個沿周向布置的第二噴嘴構(gòu)造成；空氣主管，所述空氣主管與所述燃燒槽的下端相通，以向所述燃燒槽內(nèi)提供空氣；和空氣分級管，所述空氣分級管與所述變徑部相通，且所述空氣分級管與所述變徑部切向連接。

根據(jù)本發(fā)明的氧化鋁焙燒爐，結(jié)合了氧化鋁焙燒爐的工藝特性，采用徑向旋切燃燒+軸向空氣分級燃燒工藝：其中徑向旋切燃燒工藝弱化了燃燒火焰的集中度，減少了高溫區(qū)（1200℃以上）的生成，從而抑制了熱力型氮氧化物的生成條件；軸向空氣分級燃燒工藝將燃燒分為貧氧燃燒區(qū)和富氧燃燒區(qū)，貧氧燃燒區(qū)的空氣與燃料充分混合燃燒，在上升到富氧燃燒區(qū)時，煙氣中的燃料得到充分燃燒；此方法既保證了焙燒爐燃燒熱量的需求，又降低了氮氧化物的生成量，降低了氧化鋁焙燒爐煙氣脫硝的難度。

另外，根據(jù)本發(fā)明上述實施例的氧化鋁被燒爐還可以具有如下附加的技術特征：

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述第一噴嘴組的所述第一噴嘴等間距間隔開，所述第二噴嘴組的所述第二噴嘴與所述第一噴嘴的個數(shù)相同，所述第一噴嘴和所述第二噴嘴交錯布置。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述第一噴嘴組包括六個噴嘴，所述第二噴嘴組包括六個第二噴嘴，所述第一噴嘴的切圓直徑小于所述第二噴嘴的切圓直徑。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述第一噴嘴的切圓直徑為0.30-0.40m。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述第二噴嘴的切圓直徑為0.45-0.55m。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述空氣分級管上設有風量調(diào)節(jié)閥。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述主空氣管與所述燃燒槽之間設有旋流進風器。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述旋流進風器采用固定式風葉結(jié)構(gòu)，設3至6片葉片，葉片角度范圍45°至75°。

根據(jù)本發(fā)明的第二方面提供了一種氧化鋁焙燒爐軸向空氣分級燃燒方法，包括以下步驟：將燃料進行分級燃燒，將以生成的氮氧化物生成氮氣；在欠氧的燃燒情況下生成原子團，以對氮氧化物還原；將原有的爐底空氣分流，保留原有理論空氣量的70%作為爐膛內(nèi)部的一次風從爐低進入，使爐內(nèi)的燃燒在貧氧富燃料條件下穩(wěn)定燃燒，保證氧含量α<0.7直接減了熱力型產(chǎn)生的氮氧化物；分出的空氣進入爐膛的燃盡區(qū)在變徑段切向式接入，形成旋流風與剩余燃燒物混合，保證完全燃盡。

根據(jù)本發(fā)明的氧化鋁焙燒爐軸向空氣分級燃燒方法，結(jié)合了氧化鋁焙燒爐的工藝特性，采用徑向旋切燃燒+軸向空氣分級燃燒工藝：其中徑向旋切燃燒工藝弱化了燃燒火焰的集中度，減少了高溫區(qū)（1200℃以上）的生成，從而抑制了熱力型氮氧化物的生成條件；軸向空氣分級燃燒工藝將燃燒分為貧氧燃燒區(qū)和富氧燃燒區(qū)，貧氧燃燒區(qū)的空氣與燃料充分混合燃燒，在上升到富氧燃燒區(qū)時，煙氣中的燃料得到充分燃燒；此方法既保證了焙燒爐燃燒熱量的需求，又降低了氮氧化物的生成量，降低了氧化鋁焙燒爐煙氣脫硝的難度。

另外，根據(jù)本發(fā)明上述實施例的氧化鋁被燒爐軸向空氣分級燃燒方法還可以具有如下附加的技術特征：

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，將爐膛分成三個區(qū)域主燃區(qū)、還原區(qū)、燃盡區(qū)，在主燃區(qū)二次燃燒形成還原的氣氛，在高溫條件和還原氣氛條件下生成了碳氫原子，與氮氧化物進行還原反應。

本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。

附圖說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的氧化鋁焙燒爐的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2a是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的氧化鋁焙燒爐的第一噴嘴組的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2b是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的氧化鋁焙燒爐的第一噴嘴組的噴射形狀示意圖。

圖3a是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的氧化鋁焙燒爐的第二噴嘴組的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3b是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的氧化鋁焙燒爐的第二噴嘴組的噴射形狀示意圖。

圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的氧化鋁焙燒爐的旋流進風器結(jié)構(gòu)示意圖

圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的氧化鋁焙燒爐的結(jié)構(gòu)示意圖軸向空氣分級燃燒方法的示意圖。

具體實施方式

下面詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術語“中心”、“縱向”、“橫向”、“長度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”“內(nèi)”、“外”、“順時針”、“逆時針”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。

此外，術語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特征。在本發(fā)明的描述中，“多個”的含義是兩個或兩個以上，除非另有明確具體的限定。

在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術語應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通或兩個元件的相互作用關系。對于本領域的普通技術人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術語在本發(fā)明中的具體含義。

在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接觸，也可以包括第一和第二特征不是直接接觸而是通過它們之間的另外的特征接觸。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或僅僅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或僅僅表示第一特征水平高度小于第二特征。

如圖1、圖2a、圖2b、圖3a、圖3b所示，根據(jù)本發(fā)明的實施例的氧化鋁焙燒爐100，包括：焙燒主爐10、變徑部20、燃燒槽30、空氣主管40和空氣分級管50。

具體而言，變徑部20的徑向尺寸由上至下逐漸減小，變徑部20的上端與焙燒主爐10相通。燃燒槽30上端與變徑部20的下端相通。其中，燃料分別在燃燒槽30與變徑部20進行兩次燃燒，焙料由進料口進入焙燒主爐10，高溫煙氣與焙料在焙燒主爐10內(nèi)充分混合進行焙燒。

燃燒槽30的內(nèi)壁上設有在第一噴嘴組31和位于第一噴嘴組上方的第二噴嘴組32，第一噴嘴組31和第二噴嘴組32與燃料相通，例如，可以由第一噴嘴組31和第二噴嘴組32噴出煤氣或天然氣。第一噴嘴組31由多個沿周向布置的第一噴嘴311構(gòu)造成，第二噴嘴組32由多個沿周向布置的第二噴嘴321構(gòu)造成。

空氣主管40與燃燒槽30的下端相通，以向燃燒槽30內(nèi)提供空氣，例如可以提供原有理論空氣量的70%的空氣。空氣分級管50與變徑部20相通，且空氣分級管50與變徑部20切向連接，以向變徑部30提供空氣，即，空氣分級管50可以設置在空氣主管40與焙燒爐的變徑部20相水平的位置，空氣分級管可調(diào)風量為燃燒總風量的30%。

根據(jù)本發(fā)明的氧化鋁焙燒爐，結(jié)合了氧化鋁焙燒爐的工藝特性，采用徑向旋切燃燒+軸向空氣分級燃燒工藝：其中徑向旋切燃燒工藝弱化了燃燒火焰的集中度，減少了高溫區(qū)（1200℃以上）的生成，從而抑制了熱力型氮氧化物的生成條件；軸向空氣分級燃燒工藝將燃燒分為貧氧燃燒區(qū)和富氧燃燒區(qū)，貧氧燃燒區(qū)的空氣與燃料充分混合燃燒，在上升到富氧燃燒區(qū)時，煙氣中的燃料得到充分燃燒；此方法既保證了焙燒爐燃燒熱量的需求，又降低了氮氧化物的生成量，降低了氧化鋁焙燒爐煙氣脫硝的難度。

如圖2a、圖2b、圖3a、圖3b所示，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，第一噴嘴組30的第一噴嘴311等間距間隔開，第二噴嘴組32的第二噴嘴321與第一噴嘴311的個數(shù)相同，第一噴嘴311和第二噴嘴321交錯布置。這里的交錯布置可參考圖2a、圖2b、圖3a、圖3b，布置錯開角度可以為30°。

進一步地，根據(jù)本發(fā)明的實施例，第一噴嘴組31包括六個第一噴嘴31，第二噴嘴組32包括六個第二噴嘴321，第一噴嘴311的切圓直徑小于第二噴嘴321的切圓直徑。例如，根據(jù)本發(fā)明的實施例，第一噴嘴的切圓直徑為0.30-0.40m。例如為0.35m。第二噴嘴321的切圓直徑為0.45-0.55m。例如為0.5m。

可選地，為了有效地控制風量，空氣分級管50上設有風量調(diào)節(jié)閥51。

如圖4所示，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，主空氣管40與燃燒槽30之間可以設有旋流進風器60。進一步地，旋流進風器60采用固定式風葉結(jié)構(gòu)，設3至6片葉片，葉片角度范圍45°至75°。

如圖5所示，根據(jù)本發(fā)明的實施例的氧化鋁焙燒爐軸向空氣分級燃燒方法，包括以下步驟：

s1：將燃料進行分級燃燒，將以生成的氮氧化物生成氮氣。

s2：在欠氧的燃燒情況下生成原子團，以對氮氧化物還原。

s3：將原有的爐底空氣分流，保留原有理論空氣量的70%作為爐膛內(nèi)部的一次風從爐低進入，使爐內(nèi)的燃燒在貧氧富燃料條件下穩(wěn)定燃燒，保證氧含量α<0.7直接減了熱力型產(chǎn)生的氮氧化物。

s4：分出的空氣進入爐膛的燃盡區(qū)在變徑段切向式接入，形成旋流風與剩余燃燒物混合，保證完全燃盡。

根據(jù)本發(fā)明的氧化鋁焙燒爐軸向空氣分級燃燒方法，結(jié)合了氧化鋁焙燒爐的工藝特性，采用徑向旋切燃燒+軸向空氣分級燃燒工藝：其中徑向旋切燃燒工藝弱化了燃燒火焰的集中度，減少了高溫區(qū)（1200℃以上）的生成，從而抑制了熱力型氮氧化物的生成條件；軸向空氣分級燃燒工藝將燃燒分為貧氧燃燒區(qū)和富氧燃燒區(qū)，貧氧燃燒區(qū)的空氣與燃料充分混合燃燒，在上升到富氧燃燒區(qū)時，煙氣中的燃料得到充分燃燒；此方法既保證了焙燒爐燃燒熱量的需求，又降低了氮氧化物的生成量，降低了氧化鋁焙燒爐煙氣脫硝的難度。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，可以將爐膛分成三個區(qū)域主燃區(qū)、還原區(qū)、燃盡區(qū)，在主燃區(qū)二次燃燒形成還原的氣氛，在高溫條件和還原氣氛條件下生成了碳氫原子，與氮氧化物進行還原反應。

可以理解的是，根據(jù)本發(fā)明的實施例的氧化鋁焙燒爐100以及根據(jù)本發(fā)明的氧化鋁焙燒爐軸向空氣分級燃燒方法，可以概括成一下兩個步驟來完成。

1、軸向旋切分級燃燒技術

首先將燃料進行分級燃燒，其主要目的是將已生成的（氮氧化物）nox還原成n2，采用二次燃燒技術，在欠氧的燃燒情況下生成活化原子團，用其來還原產(chǎn)生的nox。將爐膛分成三個區(qū)域主燃區(qū)、還原區(qū)、燃盡區(qū)，在主燃區(qū)二次燃燒形成還原的氣氛，在高溫條件和還原氣氛條件下生成了碳氫原子，與nox進行還原反應。

碳氫原子：

cnhm+o2→c’nh’m+co+h2o

no還原：

no+c’nh’m→c”nh”m+n2+h2o+co

no+c’nh’m→c”nh”m+nhi+h2o+co

一次燃燒采用環(huán)繞布置6組噴頭切圓φ0.35m噴射，在爐膛內(nèi)形成三層不同溫度層，分別為隔熱層、燃燒層、貧氧層。隔熱層是燃燒噴頭直對爐壁噴射，爐膛內(nèi)壁與火焰外側(cè)之間形成一層空氣層產(chǎn)生隔熱作用，起到對爐膛內(nèi)壁保護和減少熱損的作用。燃燒層是主火焰與空氣充分接觸完全燃燒形成的火焰圈，是主要燃燒層。貧氧層是燃燒層的中心層，因為是切向燃燒所以火焰沒有多點重合從而降低高溫區(qū)（>1200℃）形成條件，同時因為空氣大部分被燃燒層隔開燃燒，所以到爐膛中心的已經(jīng)是貧氧空氣，通減少高溫區(qū)和貧氧狀態(tài)消除nox形成必備的條件。二次燃燒同樣采用同樣原理6組噴頭環(huán)繞布置，但切圓直徑改為φ0.5m，主要原因是減少貧氧層高溫區(qū)間徑向重合，防止二次燃燒中的貧氧層出現(xiàn)溫度超高產(chǎn)生nox情況。

對于火焰噴嘴可將原來的直射式噴嘴改成分散火焰燒嘴減少火焰重合面積，降低燃燒的高溫區(qū)。

2、軸向空氣分流技術

將原有的爐底空氣分流，保留原有理論空氣量的70%作為爐膛內(nèi)部的一次風從爐低進入，使爐內(nèi)的燃燒在貧氧富燃料條件下穩(wěn)定燃燒，保證氧含量α<0.7直接減了熱力型產(chǎn)生的nox。分出的空氣進入爐膛的燃盡區(qū)在變徑段切向式接入，形成旋流風與剩余燃燒物混合，保證完全燃盡，此時雖然富裕氧含量多但是火焰的溫度低，不會在燃盡區(qū)內(nèi)產(chǎn)生較多的nox，并且與二次燃料混合后可還原部分nox。

在本說明書的描述中，參考術語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不必須針對的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結(jié)合。此外，本領域的技術人員可以將本說明書中描述的不同實施例或示例進行接合和組合。

盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本發(fā)明的限制，本領域的普通技術人員在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。