水泥脫硝方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種水泥脫硝方法，在選擇性非催化還原脫硝法完成后，再經(jīng)過選擇性催化還原脫硝法。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：催化劑用量小，SCR反應(yīng)塔體積小，空間適應(yīng)性強(qiáng)，脫硝系統(tǒng)阻力小，減少SO2向SO3的轉(zhuǎn)化，降低腐蝕危害，簡化還原劑噴射系統(tǒng)。
【專利說明】
水泥脫硝方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及水泥技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種水泥脫硝方法。
【背景技術(shù)】
[0002]“十二五”期間，國家將加大對氮氧化物的排放控制。“十二五”期間我國氮氧化物排放總量要達(dá)到減排10%的目標(biāo)。這就需要加大對電力、水泥、冶金等行業(yè)產(chǎn)生的氮氧化物進(jìn)行控制。水泥行業(yè)氮氧化物的排放量占全國工業(yè)排放總量的15%左右，已是居火力發(fā)電、汽車尾氣之后的第三大氮氧化物排放大戶。工信部582號文件關(guān)于水泥工業(yè)節(jié)能減排的指導(dǎo)意見，提出了具體的量化目標(biāo):到“十二五”末，氮氧化物在2009年的基礎(chǔ)上降低25%。同時(shí)指出，新建或改擴(kuò)建水泥(熟料)生產(chǎn)線項(xiàng)目必須配置脫硝裝置。且脫硝效率不低于60%。因此，探討水泥行業(yè)最佳可行的脫硝技術(shù)顯得尤為迫切。
[0003]回轉(zhuǎn)窯是新型干法水泥物料燒成的關(guān)鍵技術(shù)裝備，也是NOx的主要來源。煅燒水泥熟料時(shí)生成一氧化氮NO的途徑主要有四種，即第一種熱力NOx，它是燃料在水泥窯頭1400°C以上燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量NOx;第二種瞬發(fā)NOx，它是有碳?xì)涓嬖跁r(shí)，于火焰前端瞬發(fā)形成的NOx，一般這種瞬發(fā)NO生成量的比例很??；第三種燃料NO，它是由燃料中所含的化學(xué)接合氮所產(chǎn)生的。因?yàn)槿剂现械拥慕雍夏茌^小，所以在水泥窯系統(tǒng)相對較低溫的分解爐內(nèi)產(chǎn)生的燃料NOx較多；第四種生料NOx，它是由窯喂料中含氮的化合物分解后而形成的NOx。在窯廢氣中NO2—般僅占N0+N02總量的5%以下，NO則占總量的95%以上。國內(nèi)運(yùn)行的干法水泥窯NOx排放濃度大約在900?1700mg/Nm3左右。
[0004]在我國，新型干法水泥回轉(zhuǎn)窯上常用的NOx控制技術(shù)主要有以下幾種:一是優(yōu)化窯和分解爐的燃燒制度;二是改變配料方案，摻用礦化劑以求降低熟料燒成溫度和時(shí)間，改進(jìn)熟料易燒性;三是采用低NOx的燃燒器；四是在窯尾分解爐和管道中的階段燃燒技術(shù)。然而，即使把上述四種措施全部采用起來，事實(shí)上水泥窖的NOx排放也很難達(dá)到400mg/Nm3以下。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種水泥脫硝方法，布局合理，操作簡便，排放的NOx達(dá)到400mg/Nm3以下。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案:一種水泥脫硝方法，在選擇性非催化還原脫硝法完成后，再經(jīng)過選擇性催化還原脫硝法。
[0007]進(jìn)一步地，所述選擇性非催化還原脫硝法為在分解爐或爐膛的中下部噴入尿素或氨水。
[0008]進(jìn)一步地，噴入尿素或氨水的壓力為:噴嘴處的液體壓力為0.4MPa，噴嘴處的氣體壓力為0.3MPa。
[0009]進(jìn)一步地，所述選擇性催化還原脫硝法為在窯尾預(yù)熱器和增濕塔之間設(shè)有選擇性催化還原反應(yīng)塔。
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):催化劑用量小，SCR反應(yīng)塔體積小，空間適應(yīng)性強(qiáng)，脫硝系統(tǒng)阻力小，減少SO2向SO3的轉(zhuǎn)化，降低腐蝕危害，簡化還原劑噴射系統(tǒng)。
【具體實(shí)施方式】
[0011]下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，本部分的描述僅是示范性和解釋性，不應(yīng)對本發(fā)明的保護(hù)范圍有任何的限制作用。
[0012]水泥脫硝方法，一般采用選擇性非催化還原(SNCR)脫硝法或選擇性催化還原(SCR)脫硝法，都是單獨(dú)進(jìn)行的:
I SNCR脫硝技術(shù)
2.1工藝流程
SNCR脫硝技術(shù)是在沒有催化劑的條件下，在950?1050°C的溫度范圍內(nèi)，把還原劑(氨氣或尿素)噴入水泥爐窯內(nèi)，還原劑與爐窯中的氮氧化物(主要是一氧化氮和二氧化氮)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成氮?dú)夂退?，從而減少煙氣中氮氧化物的排放。
[0013]在分解爐或爐膛的中下部噴入還原劑尿素[CO(NH2)2]或氨水(NH40H)，在有部分氧存在的條件下，發(fā)生以下反應(yīng)過程。
[0014]4NH3 + 4N0 + O2 —4N2 + 6H2O (I)
溫度進(jìn)一步升高，則可能發(fā)生以下的反應(yīng):
4NH3 + 502 —4N0 + 6H20(2)
當(dāng)溫度低于800°C時(shí)，NH3與NO的反應(yīng)速度很慢；當(dāng)溫度高于1100°C時(shí)反應(yīng)式(2)會(huì)逐漸起主導(dǎo)作用，當(dāng)溫度高于1300°C時(shí)NH3轉(zhuǎn)變?yōu)镹O的趨勢會(huì)變得明顯。
[0015]I)尿素供應(yīng)站
當(dāng)選用尿素作為脫硝還原劑時(shí)，尿素存儲系統(tǒng)、尿素溶液配制系統(tǒng)和尿素溶液儲存系統(tǒng)集中布置，共同組成尿素供應(yīng)站。尿素站主要設(shè)備包括:干尿素儲倉，計(jì)量倉，螺旋輸送機(jī)，配液池，尿素溶液儲罐，尿素溶液輸送栗和水加壓栗。在尿素站內(nèi)，完成尿素儲存、尿素溶液配制的任務(wù)，栗送到爐前噴射系統(tǒng)。
[0016]2)爐前噴射系統(tǒng)
爐前噴射系統(tǒng)由N層噴射層組成，每層由M個(gè)噴射器組成。N層噴射層布置在爐窯適當(dāng)?shù)奈恢茫赃m應(yīng)爐窯煙氣溫度變化，使尿素溶液在最佳反應(yīng)溫度窗口噴入爐窯內(nèi)。每層噴射層都設(shè)有總閥門控制本噴射層是否投運(yùn)，不投運(yùn)的噴射槍則由氣動(dòng)推進(jìn)器帶動(dòng)退出爐窯膛避免高溫受熱。各噴射層的尿素管道和霧化蒸汽管道上均設(shè)有調(diào)節(jié)閥門，控制噴射層的流量。
[0017]3)自動(dòng)控制系統(tǒng)
自動(dòng)控制系統(tǒng)采用獨(dú)立的可編程序邏輯控制器(PLC)，系統(tǒng)單獨(dú)設(shè)置I臺工程師站(兼操作員站)，預(yù)留OPC通信接口與電廠分散控制系統(tǒng)(DCS)通信；系統(tǒng)設(shè)有必要的報(bào)表、查詢和報(bào)警等功能?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)采集的相關(guān)信號，控制、調(diào)節(jié)主要設(shè)備運(yùn)行情況和噴槍運(yùn)行情況，實(shí)現(xiàn)高效脫硝。
[0018]2.2關(guān)鍵技術(shù)問題
SNCR技術(shù)的關(guān)鍵是:還原劑噴射在合適的溫度窗口，以及噴入的還原劑與煙氣中NOx的充分混合，從而實(shí)現(xiàn)較高的脫硝效率，降低還原劑的耗量和尾部氨的逃逸量。
[0019]I)噴嘴位置的確定確定噴嘴位置主要考慮爐窯內(nèi)部的氣體溫度，尿素還原NOx反應(yīng)的適宜溫度為9500C?10500C ο噴嘴的位置選擇是否合適，直接決定了 SNCR的脫硝效率的高低。噴嘴位置的選擇是整個(gè)SNCR系統(tǒng)最關(guān)鍵的地方。
[0020]選擇合適的噴嘴位置，主要通過兩種途徑來實(shí)現(xiàn):
CFD流場模擬，來確定最佳噴射點(diǎn)；
通過紅外線現(xiàn)場測試爐窯內(nèi)溫度分布，確定噴射位置。
[0021]2)尿素溶液的霧化要求
尿素溶液噴入到爐窯后，要求尿素與NOx必須在很短的時(shí)間內(nèi)完成反應(yīng)，否則尿素就會(huì)流動(dòng)到較低的溫度區(qū)域，明顯降低尿素還原NOx的反應(yīng)程度。為了使尿素與NOx的反應(yīng)在很短的時(shí)間內(nèi)完成，必須對尿素溶液進(jìn)行良好的霧化。對尿素溶液進(jìn)行良好的霧化，必須選擇噴嘴的結(jié)構(gòu)和噴嘴處的液體、氣體壓力和流量。噴嘴處的液體壓力一般為0.4MPa，噴嘴處的氣體壓力一般為0.3MPa。
[0022]3)噴嘴的結(jié)構(gòu)和材質(zhì)
噴嘴的質(zhì)量是尿素添加設(shè)備的技術(shù)關(guān)鍵，噴嘴的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)該首先保證使尿素溶液具有良好的霧化效果，其次應(yīng)考慮噴嘴本身處于高溫部位，應(yīng)具有良好的耐熱性能，不易燒損。
[0023]2.3水泥爐窯SNCR脫硝技術(shù)需要注意的幾個(gè)問題
I)目前國內(nèi)一般沒有現(xiàn)成的50%尿素溶液采購，所以需從化肥廠買來袋裝尿素自行配制成尿素溶液。由于尿素的溶解過程是吸熱反應(yīng)，在尿素溶液配制過程中需配置功率強(qiáng)大的熱源，以防尿素溶解后的再結(jié)晶。在北方寒冷地區(qū)的氣象條件下，該問題將會(huì)暴露的更明顯。
[0024]2)在整個(gè)SNCR脫硝工藝中，尿素溶液總是處于被加熱狀態(tài)。若尿素的溶解水和稀釋水(一般為工業(yè)水)的硬度過高，在加熱過程中水中的鈣、鎂離子析出會(huì)造成脫硝系統(tǒng)的管路結(jié)垢、堵塞。因此，必須在尿素中添加阻垢劑或采用除鹽水作為脫硝工藝水。
[0025]3)由于噴嘴噴射器工作在爐窯內(nèi)部高溫區(qū)，為防止噴射器冷卻水管路內(nèi)部結(jié)垢，需采用除鹽水作為多噴嘴噴射器冷卻水。
[0026]4)在SNCR脫硝工藝中，廠用氣的耗量也是較大的。噴射霧化、設(shè)備冷卻需、管路吹掃都需要廠用氣。
[0027]2 SCR脫硝技術(shù)
3.1SCR降低NOx原理
SCR脫硝技術(shù)是利用還原劑在催化劑作用下有選擇性地與爐窯中的氮氧化物(主要是一氧化氮和二氧化氮)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成氮?dú)夂退瑥亩鴾p少煙氣中氮氧化物排放的一種脫硝工藝。
[0028]運(yùn)用SNCR脫硝技術(shù)，確保水泥窯NOx的排放穩(wěn)定在800mg/Nm3，是可以比較可靠的實(shí)現(xiàn)。但要達(dá)到400 mg/Nm3以下甚至更低，單獨(dú)依靠SNCR已不能穩(wěn)定可靠地實(shí)現(xiàn)，必須和SCR脫硝技術(shù)結(jié)合起來。SCR脫硝技術(shù)的原理如下:
4Ν0+4ΝΗ3+02—4N2+6H204ΝΗ3+2Ν02+02—3N2+6H20NO2+NO+2NH3—2N2+3H20 3.2工藝流程
在窯尾預(yù)熱器和增濕塔之間增設(shè)一個(gè)SCR反應(yīng)塔，將預(yù)熱器的廢氣由該反應(yīng)塔上部導(dǎo)入，與噴入塔內(nèi)的氨水或尿素等還原劑相混合，借助反應(yīng)塔內(nèi)多層催化劑的催化作用，確保脫氮反應(yīng)更充分地完成，催化劑由V205、W203等活性組分制成的。
[0029]SCR脫硝工藝裝置的主要組成部分包括一個(gè)SCR反應(yīng)器、一個(gè)儲罐及一個(gè)還原劑注入系統(tǒng)。還原劑即可是帶壓的無水液氨，也可是常壓下的氨水溶液(通常重量濃度為25%)。當(dāng)采用氨水或尿素溶液時(shí)，通常將其通過位于導(dǎo)管或滑流的霧化噴嘴直接注入到煙氣通道中。無水液氨的儲存壓力取決于儲罐的溫度。液氨通過蒸發(fā)器中的蒸汽、熱水或電被蒸發(fā)。然后，蒸發(fā)的氨氣經(jīng)空氣稀釋，通過注入系統(tǒng)被注入到煙氣中。注入系統(tǒng)有許多注射噴嘴組成，使氨和煙氣均勻分布。另一方面，在噴嘴數(shù)量較少的情況下，可以結(jié)合一個(gè)靜態(tài)混合器一起使用。氨氣在煙氣內(nèi)的均勻分布對于實(shí)現(xiàn)NOx的有效還原、較低的氨逸出量以及由此達(dá)到催化劑的有效利用都十分重要。
[0030]考慮到脫硝催化劑的投資成本較高，水泥爐窯很少單獨(dú)依靠SCR來實(shí)現(xiàn)對氮氧化物的控制。在要求較低的排放濃度的情況下，一般采取把SCR與SNCR結(jié)合起來的聯(lián)合脫硝技術(shù)。
[0031 ] 3.3水泥爐窯SCR脫硝工藝需要注意的問題 I)高粉塵濃度對催化劑的影響大
水泥爐窯尾部的粉塵含量可高達(dá)80?100g/Nm3，易造成催化劑孔隙堵塞，使系統(tǒng)壓降迅速增加，給引風(fēng)機(jī)的正常運(yùn)行造成嚴(yán)重威脅，從而影響水泥爐窯生產(chǎn)線長期穩(wěn)定運(yùn)行。
[0032]水泥爐窯SCR脫硝工藝對催化劑的堵塞和磨損，提出了更高的要求。
[0033]2)催化劑中毒問題
水泥爐窯煙氣中鈉、鉀等水溶性堿金屬化合物易與催化劑中的V2O5反應(yīng)導(dǎo)致催化劑中毒，從而降低催化劑的活性。同時(shí)，水泥爐窯煙氣中的CaO含量較高，易于SO3反應(yīng)生成CaSO4，覆蓋催化劑的表面，降低催化劑的活性。
[0034]水泥爐窯SCR脫硝系統(tǒng)中，由于煙氣中堿性金屬氧化物含量較高，要特別注意催化劑的中毒問題。
[0035]3水泥爐窯SNCR+SCR聯(lián)合脫硝技術(shù)
4.1SNCR+SCR聯(lián)合脫硝的特點(diǎn)
I)催化劑用量小
SCR工藝由于催化劑非常昂貴，使得SCR系統(tǒng)的投資很大。并且由于需要定期更換，運(yùn)行費(fèi)用也很高。SNCR+SCR聯(lián)合脫硝工藝由于首先采用了SNCR工藝初步脫硝，脫硝效率可以達(dá)到40%甚至更高，降低了對催化劑的依賴。與SCR工藝相比，混合工藝的催化劑用量可以大大減少。
[0036]2)SCR反應(yīng)塔體積小，空間適應(yīng)性強(qiáng)
由于聯(lián)合脫硝工藝催化劑用量少，通過對煙道、擴(kuò)展煙道等進(jìn)行改造來布置SCR反應(yīng)器，大大縮短了反應(yīng)器上游煙道長度。它與單一的SCR工藝相比，不需要復(fù)雜的鋼結(jié)構(gòu)，節(jié)省了投資且不受場地的限制。
[0037]3)脫硝系統(tǒng)阻力小
由于聯(lián)合脫硝工藝的催化劑用量少，SCR反應(yīng)器體積小，其前部煙道較短因此，與傳統(tǒng)SCR工藝相比，系統(tǒng)壓降將大大減小，減少了引風(fēng)機(jī)改造的工作量，降低了運(yùn)行費(fèi)用。
[0038]4)減少SO2向SO3的轉(zhuǎn)化，降低腐蝕危害
催化劑的使用雖然有助于提高脫硝效率，但也存在增強(qiáng)SO2向SO3轉(zhuǎn)化的副作用，而煙氣中的SO3含量的增加，將生成更多的NH4HSO4JH4HSO4的黏結(jié)性很強(qiáng)，在煙氣溫度較低時(shí)，會(huì)堵塞催化劑并對下游設(shè)備造成腐蝕。聯(lián)合脫硝技術(shù)由于減少了催化劑的用量，將使這一問題得到一定程度的遏制。
[0039]5)簡化還原劑噴射系統(tǒng)
為了獲得高效脫硝反應(yīng)，要求噴入的氨與煙氣中的NOx有良好的接觸并要求在催化反應(yīng)器前形成分布均勻的流場、濃度場和溫度場，為此，單一的SCR工藝除必須設(shè)置復(fù)雜的氨噴射格柵(AIG)及其控制系統(tǒng)外，還往往需要在多處安放摻混設(shè)施、加長煙道以保證AIG與催化劑之間有足夠遠(yuǎn)的距離等措施，以達(dá)到上述要求。而混合工藝的還原劑噴射系統(tǒng)布置在鍋爐爐墻上，與下游的SCR反應(yīng)器距離很遠(yuǎn)，因此，無需再加裝混合設(shè)施，也無需加長煙道，就可以在催化劑反應(yīng)器入口獲得良好還原劑與NOx的混合及分布。
[0040]4 小結(jié)
I)從世界范圍來看，已實(shí)施的水泥廠脫硝工程，幾乎全部采用SNCR脫硝技術(shù)。SNCR脫硝是目前水泥行業(yè)脫硝的主流技術(shù)。
[0041 ] 2)SNCR法的脫硝的效率為50%?60%，低于選擇性催化還原法(SCR)脫硝的效率(80%?90%)，而SNCR法的費(fèi)用只有SCR法的五分之一左右。
[0042 ] 3 ) SCR脫硝技術(shù)可以有效地控制氮氧化物的排放，可以保證爐窯煙氣的NOx排放濃度降到100?200mg/Nm3。但SCR需要使用和消耗價(jià)格昂貴的貴金屬催化劑，且由于水泥企業(yè)廢氣的粉塵濃度很高，堿金屬含量較高，易使催化劑中毒和堵塞。SCR脫硝技術(shù)在水泥工業(yè)上的實(shí)踐才剛剛開始，還有諸多改進(jìn)的空間。
[0043]4)隨著水泥行業(yè)的發(fā)展和環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求的不斷提高，SNCR和SCR脫硝將會(huì)得到廣泛的運(yùn)用。
[0044]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種水泥脫硝方法，其特征在于:在選擇性非催化還原脫硝法完成后，再經(jīng)過選擇性催化還原脫硝法。2.如權(quán)利要求1所述水泥脫硝方法，其特征在于:所述選擇性非催化還原脫硝法為在分解爐或爐膛的中下部噴入尿素或氨水。3.如權(quán)利要求2所述水泥脫硝方法，其特征在于:噴入尿素或氨水的壓力為:噴嘴處的液體壓力為0.4MPa，噴嘴處的氣體壓力為0.3MPa。4.如權(quán)利要求1所述水泥脫硝方法，其特征在于:所述選擇性催化還原脫硝法為在窯尾預(yù)熱器和增濕塔之間設(shè)有選擇性催化還原反應(yīng)塔。
【文檔編號】B01D53/90GK105854548SQ201610234416
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月15日
【發(fā)明人】廖引家
【申請人】廖引家