一种scr脱硝系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及环境保护技术领域，涉及一种高效的SCR脱硝系统及方法。
【背景技术】
[0002]水泥工业窑炉燃烧燃料产生的NOx，主要由NO和NO2组成。NO x和空气中的水和杂质结合生成硝酸、硝酸盐形成酸雨，是重大的大气污染物之一。因此，我国在2010?2012年针对国内水泥行业NOx排放量不断上升的情况，颁布了一系列法规及相关政策。国家《“十二五”节能减排规划》中明确规定了水泥行业NOx排放的大气污染物的约束性指标。环保部门也修订发布了 GB4915-2013《水泥工业大气污染物排放标准》，第三次修订的标准全面提高了颗粒物、NOx等的排放控制要求。规定自2015年7月I日起，现有企业与新建企业氮氧化物排放低于400mg/Nm3，重点地区氮氧化物排放控制在320mg/Nm3以内。
[0003]在国家政策的引导和要求下，建材行业加快产业结构调整的步伐，大力发展先进技术和工艺装备，加强减排技术的研发与应用，目前已应用于水泥窑的N0x减排的技术主要包括低氮燃烧技术及装备、分级燃烧技术、选择性非催化还原技术(SNCR)、选择性催化还原技术(SCR)。低氮燃烧器在欧洲应用较为广泛，通常为多通道设计，方便使用替代燃料，但其本身NOx减排率较低，目前国内也已自主开发出多通道多介质低NO 烧器。分级燃烧技术是通过控制燃烧过程在工业窑炉内的特定区域形成还原区，将窑炉内产生的NOx部分还原成N2。低氮燃烧技术投资运行成本较低，在我国水泥行业已有一定规模的应用。然而，该技术需要对窑系统进行改造，容易受窑炉类型和规模的限制，脱硝率通常仅能达到20%?50%，单独使用无法满足现有环保要求。
[0004]SNCR技术是将氨基还原剂喷入分解炉中，并在870°C _1100°C温度范围内将N0x还原为队和H2O,该技术系统较简单，只需配置适当的氨水储罐，在既有分解炉上增加还原剂喷入口及其控制系统。欧美等国水泥工业以SNCR技术作为首选的减排技术，并认为是最适用于水泥回转窑的脱硝技术，上世纪80年代SNCR技术在德国水泥生产线的普及率就已达到42%。SNCR技术近年来在我国水泥行业发展迅速，大部分水泥厂已安装并运行SNCR系统。然而，SNCR技术的减排性能受到水泥窑自身条件的影响较大，在应用中受到温度、粉尘、反应时间、混合情况等因素的影响，实际脱硝率往往不足50%，无法满足越来越高的排放标准。另一方面，SNCR需要使用大量NH3，运行成本较高，并且有可能形成一定量的氨逃逸及二次污染。因此，寻找可代替氨水的低成本、高效率还原剂将能够进一步促进SNCR技术的发展和升级改造。
[0005]选择性催化还原技术(SCR)是目前电力工业应用较广泛的一种脱硝方法，脱销效率较高，能达到85%以上，NOj^放浓度能降低至200mg/Nm 3以下，且氨逃逸浓度低于5mg/
Nm30
[0006]对于新型干法水泥生产线，能够安装SCR脱硝系统的位置有三处，第一处为悬浮预热器与窑尾余热发电装置之间、窑尾余热发电装置与除尘器之间和窑尾除尘器之后。窑尾烟气经过一级旋风筒后温度约350°C左右，此时温度虽然满足商用钒系催化剂的使用条件，但烟气中极高的粉尘浓度和微量的碱金属，很容易造成催化剂的磨损、堵塞甚至毒化失效，并会大大降低余热发电效率。第二处为余热发电锅炉之后，经余热发电锅炉后，烟气中的粉尘、SO2和碱土金属浓度会有所减少，但是烟气温度将降低至200°C以下，若在此处安装SCR反应器，所使用的催化剂很难逾越这一区间内的低温和多粉尘带来的不利影响。第三处为袋式收尘器之后，当烟气经过除尘器之后，粉尘含量降低到30ppm以下，SO2和碱土金属含量也明显下降，有利于催化剂使用寿命的延长，但烟气温度进一步降低，直接影响到氮氧化物与还原物质的反应效率。综合比较，理想的是优化催化剂的理化组成和界面形态，将SCR反应器安装在窑尾除尘器之后。目前国内很多高校和科研院所正致力于开发适用于水泥工业的低温SCR催化剂，已取得了很大的进展，但是仍处于实验室开发或中试阶段。根据实验研宄发现，温度越高，低温催化剂的脱硝效果越好。为了达到较好的脱硝效率，有些低温催化还原系统采用电或燃料加热的方式，将烟气或者催化剂加热升温，存在着运行成本较高和补充燃烧造成的环境污染问题。
【发明内容】
[0007]本发明要解决的技术问题在于提供一种可以利用烟气废热的SCR脱硝系统及方法。
[0008]为了实现上述目的，本发明的SCR脱硝系统，包括:窑尾预热器、窑尾收尘器、热交换器、SCR反应器、还原剂系统，所述窑尾预热器通过烟道连接至热交换器的高温区域的进烟口，所述窑尾收尘器的出口通过烟道连接至热交换器的低温区域的进烟口，分别进入高、低温区域的气体不直接接触，进行传热不传质的能量传递；所述低温区域的出烟口通过烟道连接至所述SCR反应器的烟气入口，在所述SCR反应器的进烟口的烟道上还设置有所述还原剂系统的还原剂喷嘴，用于保证催化剂在优化的温度区间内促成氮氧化物的还原。
[0009]所述热交换器的高温区域的进烟口和/或低温区域的进烟口设置有流量调节装置。
[0010]在所述还原剂喷嘴与所述SCR反应器之间的烟道上设置有静态混合器。
[0011 ] 所述热交换器与所述还原剂喷嘴之间的烟道上和/或所述SCR反应器的烟气出口后设置有压力监测器、温度监测器、流量监测器以及NOx浓度监测器。
[0012]所述SCR反应器包括依次由上而下设置的烟气入口、至少一层催化剂层、烟气出口以及出灰口。
[0013]在所述SCR反应器侧壁上对应所述催化剂层的位置开设有用于更换催化剂的开门；所述催化剂置于催化剂斗内，所述催化器斗可在所述开门内抽出或放入。
[0014]本发明还提供一种SCR脱硝方法，其特征在于，利用如前所述的SCR脱硝系统，包括以下步骤:
[0015]I)将经窑尾收尘器除尘后获得的低尘、少毒化物质的低温烟气通入热交换器的低温区域，同时将窑尾预热器内的高温烟气通入热交换器的高温区域，所述低温烟气经过与高温烟气不直接接触的热交换方式，使低温烟气温度升高到所控制的温度后在热交换器中排出；所控制的温度为80-250°C ；
[0016]2)对热交换器排出的烟气充入还原剂并与烟气充分混合；
[0017]3)将混合物通入SCR反应器进行脱硝，通过催化剂促成氮氧化物与还原物质之间的反应。脱硝后的尾气可直接排放。
[0018]所述还原剂包括气化的含氨基化合物。
[0019]所述还原剂通过气化或热解生成氨气，通过氨气喷射栅格进行喷射。
[0020]采用上述技术方案，可以利用烟气废热，实现进入低温还原催化反应器的烟气温度从80-250°C之间进行有控调节，这样既保证了较高的氮氧化物还原率，又避免了额外的加热带来环境的二次污染。
[0021]本发明的高效SCR脱硝系统及方法，欲处理的含有氮氧化物的烟气通过SCR反应器，其入口氮氧化物的浓度在1400-200mg/Nm3左右，通过低温SCR反应器后，氮氧化物的浓度可降低至150mg/Nm3左右，排放浓度达标的烟气由SCR系统风机通过烟囱排入大气中。与现有技术相比，具有以下效益:采用水泥烧成系统热烟气自身的热量对经除尘后的低温烟气进行加热，不另外使用燃烧燃料加热含氮氧化物的烟气，从而避免了新的能源的能耗和环境的二次污染；高温烟气与低温烟气之间的非传质性的加热，从而有效利用了高温烟气中的热量，又避免了高温烟气带进的灰尘对催化剂的磨损、堵塞和毒化现象。使待处理的烟气的温度处在催化剂的高效区间，提高了氮氧化物与还原物质的反应效率。
【附图说明】
[0022]图1为本发明的SCR脱硝系统的示意图。
[0023]图2为本发明中SCR反应器的结构示意图。
[0024]图中:
[0025]01-窑尾收尘器；02_窑尾风机；03_电动三通；04_窑尾预热器；05_窑尾烟气冷风阀；06、07_高温调节阀门；08_热交换器；09、10_低温调节阀门；11、22_压力监测器；12、23-温度监测器；13、24_流量监测器；14、25-NOx浓度监测器；15_还原剂喷嘴；16_静态混合器；21-SCR反应器；26-尾排风机；27-烟囱；211-SCR反应器烟气入口 ；212_催化剂层；213-SCR反应器烟气出口 ；214-出灰口。
【具体实施方式】
[0026]以下通过附图和【具体实施方式】对本发明作进一步的详细说明。
[0027]本发明提供一种水泥窑系统的高效SCR脱硝系统，如图1所示，包括窑尾收尘器01，窑尾风机02，电动三通03，窑尾预热器04，窑尾烟气冷风阀05，高温调节阀门06、07，热交换器08，SCR反应器21，低温调节阀门09、10。所述窑尾预热器04通过烟道连接至热交换器08的高温区域的进烟口，所述窑尾收尘器01通过烟道连接至热交换器08的低温区域的进烟口，所述高、低温烟气的通道相互隔离，用于分别通入入高、低温烟气进行无传质的热交换；经过除尘和加温的烟气，通过管道进入SCR反应器21，在所述SCR反应器21的进烟口的烟道上还设置有所述还原剂系统的还原剂喷嘴15。
[0028]所述窑尾预热器04是指水泥预分解生产线上的原有预热器，其出口烟气温度在300-350°C之间，其出口烟气颗粒物含量100g/m3左右，氮氧化物含量在1400-200mg/