水泥脱硝方法

文档序号:10498850阅读:799来源:国知局
水泥脱硝方法
【专利摘要】本发明公开了一种水泥脱硝方法,在选择性非催化还原脱硝法完成后,再经过选择性催化还原脱硝法。本发明具有以下优点:催化剂用量小,SCR反应塔体积小,空间适应性强,脱硝系统阻力小,减少SO2向SO3的转化,降低腐蚀危害,简化还原剂喷射系统。
【专利说明】
水泥脱硝方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及水泥技术领域,尤其是一种水泥脱硝方法。
【背景技术】
[0002]“十二五”期间,国家将加大对氮氧化物的排放控制。“十二五”期间我国氮氧化物排放总量要达到减排10%的目标。这就需要加大对电力、水泥、冶金等行业产生的氮氧化物进行控制。水泥行业氮氧化物的排放量占全国工业排放总量的15%左右,已是居火力发电、汽车尾气之后的第三大氮氧化物排放大户。工信部582号文件关于水泥工业节能减排的指导意见,提出了具体的量化目标:到“十二五”末,氮氧化物在2009年的基础上降低25%。同时指出,新建或改扩建水泥(熟料)生产线项目必须配置脱硝装置。且脱硝效率不低于60%。因此,探讨水泥行业最佳可行的脱硝技术显得尤为迫切。
[0003]回转窑是新型干法水泥物料烧成的关键技术装备,也是NOx的主要来源。煅烧水泥熟料时生成一氧化氮NO的途径主要有四种,即第一种热力NOx,它是燃料在水泥窑头1400°C以上燃烧时会产生大量NOx;第二种瞬发NOx,它是有碳氢根存在时,于火焰前端瞬发形成的NOx,一般这种瞬发NO生成量的比例很小;第三种燃料NO,它是由燃料中所含的化学接合氮所产生的。因为燃料中氮原子的接合能较小,所以在水泥窑系统相对较低温的分解炉内产生的燃料NOx较多;第四种生料NOx,它是由窑喂料中含氮的化合物分解后而形成的NOx。在窑废气中NO2—般仅占N0+N02总量的5%以下,NO则占总量的95%以上。国内运行的干法水泥窑NOx排放浓度大约在900?1700mg/Nm3左右。
[0004]在我国,新型干法水泥回转窑上常用的NOx控制技术主要有以下几种:一是优化窑和分解炉的燃烧制度;二是改变配料方案,掺用矿化剂以求降低熟料烧成温度和时间,改进熟料易烧性;三是采用低NOx的燃烧器;四是在窑尾分解炉和管道中的阶段燃烧技术。然而,即使把上述四种措施全部采用起来,事实上水泥窖的NOx排放也很难达到400mg/Nm3以下。

【发明内容】

[0005]本发明针对现有技术的不足,提出一种水泥脱硝方法,布局合理,操作简便,排放的NOx达到400mg/Nm3以下。
[0006]为了实现上述发明目的,本发明提供以下技术方案:一种水泥脱硝方法,在选择性非催化还原脱硝法完成后,再经过选择性催化还原脱硝法。
[0007]进一步地,所述选择性非催化还原脱硝法为在分解炉或炉膛的中下部喷入尿素或氨水。
[0008]进一步地,喷入尿素或氨水的压力为:喷嘴处的液体压力为0.4MPa,喷嘴处的气体压力为0.3MPa。
[0009]进一步地,所述选择性催化还原脱硝法为在窑尾预热器和增湿塔之间设有选择性催化还原反应塔。
[0010]与现有技术相比,本发明具有以下优点:催化剂用量小,SCR反应塔体积小,空间适应性强,脱硝系统阻力小,减少SO2向SO3的转化,降低腐蚀危害,简化还原剂喷射系统。
【具体实施方式】
[0011]下面结合【具体实施方式】对本发明进行详细描述,本部分的描述仅是示范性和解释性,不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。
[0012]水泥脱硝方法,一般采用选择性非催化还原(SNCR)脱硝法或选择性催化还原(SCR)脱硝法,都是单独进行的:
I SNCR脱硝技术
2.1工艺流程
SNCR脱硝技术是在没有催化剂的条件下,在950?1050°C的温度范围内,把还原剂(氨气或尿素)喷入水泥炉窑内,还原剂与炉窑中的氮氧化物(主要是一氧化氮和二氧化氮)发生化学反应,生成氮气和水,从而减少烟气中氮氧化物的排放。
[0013]在分解炉或炉膛的中下部喷入还原剂尿素[CO(NH2)2]或氨水(NH40H),在有部分氧存在的条件下,发生以下反应过程。
[0014]4NH3 + 4N0 + O2 —4N2 + 6H2O (I)
温度进一步升高,则可能发生以下的反应:
4NH3 + 502 —4N0 + 6H20(2)
当温度低于800°C时,NH3与NO的反应速度很慢;当温度高于1100°C时反应式(2)会逐渐起主导作用,当温度高于1300°C时NH3转变为NO的趋势会变得明显。
[0015]I)尿素供应站
当选用尿素作为脱硝还原剂时,尿素存储系统、尿素溶液配制系统和尿素溶液储存系统集中布置,共同组成尿素供应站。尿素站主要设备包括:干尿素储仓,计量仓,螺旋输送机,配液池,尿素溶液储罐,尿素溶液输送栗和水加压栗。在尿素站内,完成尿素储存、尿素溶液配制的任务,栗送到炉前喷射系统。
[0016]2)炉前喷射系统
炉前喷射系统由N层喷射层组成,每层由M个喷射器组成。N层喷射层布置在炉窑适当的位置,以适应炉窑烟气温度变化,使尿素溶液在最佳反应温度窗口喷入炉窑内。每层喷射层都设有总阀门控制本喷射层是否投运,不投运的喷射枪则由气动推进器带动退出炉窑膛避免高温受热。各喷射层的尿素管道和雾化蒸汽管道上均设有调节阀门,控制喷射层的流量。
[0017]3)自动控制系统
自动控制系统采用独立的可编程序逻辑控制器(PLC),系统单独设置I台工程师站(兼操作员站),预留OPC通信接口与电厂分散控制系统(DCS)通信;系统设有必要的报表、查询和报警等功能。控制系统根据采集的相关信号,控制、调节主要设备运行情况和喷枪运行情况,实现高效脱硝。
[0018]2.2关键技术问题
SNCR技术的关键是:还原剂喷射在合适的温度窗口,以及喷入的还原剂与烟气中NOx的充分混合,从而实现较高的脱硝效率,降低还原剂的耗量和尾部氨的逃逸量。
[0019]I)喷嘴位置的确定确定喷嘴位置主要考虑炉窑内部的气体温度,尿素还原NOx反应的适宜温度为9500C?10500C ο喷嘴的位置选择是否合适,直接决定了 SNCR的脱硝效率的高低。喷嘴位置的选择是整个SNCR系统最关键的地方。
[0020]选择合适的喷嘴位置,主要通过两种途径来实现:
CFD流场模拟,来确定最佳喷射点;
通过红外线现场测试炉窑内温度分布,确定喷射位置。
[0021]2)尿素溶液的雾化要求
尿素溶液喷入到炉窑后,要求尿素与NOx必须在很短的时间内完成反应,否则尿素就会流动到较低的温度区域,明显降低尿素还原NOx的反应程度。为了使尿素与NOx的反应在很短的时间内完成,必须对尿素溶液进行良好的雾化。对尿素溶液进行良好的雾化,必须选择喷嘴的结构和喷嘴处的液体、气体压力和流量。喷嘴处的液体压力一般为0.4MPa,喷嘴处的气体压力一般为0.3MPa。
[0022]3)喷嘴的结构和材质
喷嘴的质量是尿素添加设备的技术关键,喷嘴的结构设计应该首先保证使尿素溶液具有良好的雾化效果,其次应考虑喷嘴本身处于高温部位,应具有良好的耐热性能,不易烧损。
[0023]2.3水泥炉窑SNCR脱硝技术需要注意的几个问题
I)目前国内一般没有现成的50%尿素溶液采购,所以需从化肥厂买来袋装尿素自行配制成尿素溶液。由于尿素的溶解过程是吸热反应,在尿素溶液配制过程中需配置功率强大的热源,以防尿素溶解后的再结晶。在北方寒冷地区的气象条件下,该问题将会暴露的更明显。
[0024]2)在整个SNCR脱硝工艺中,尿素溶液总是处于被加热状态。若尿素的溶解水和稀释水(一般为工业水)的硬度过高,在加热过程中水中的钙、镁离子析出会造成脱硝系统的管路结垢、堵塞。因此,必须在尿素中添加阻垢剂或采用除盐水作为脱硝工艺水。
[0025]3)由于喷嘴喷射器工作在炉窑内部高温区,为防止喷射器冷却水管路内部结垢,需采用除盐水作为多喷嘴喷射器冷却水。
[0026]4)在SNCR脱硝工艺中,厂用气的耗量也是较大的。喷射雾化、设备冷却需、管路吹扫都需要厂用气。
[0027]2 SCR脱硝技术
3.1SCR降低NOx原理
SCR脱硝技术是利用还原剂在催化剂作用下有选择性地与炉窑中的氮氧化物(主要是一氧化氮和二氧化氮)发生化学反应,生成氮气和水,从而减少烟气中氮氧化物排放的一种脱硝工艺。
[0028]运用SNCR脱硝技术,确保水泥窑NOx的排放稳定在800mg/Nm3,是可以比较可靠的实现。但要达到400 mg/Nm3以下甚至更低,单独依靠SNCR已不能稳定可靠地实现,必须和SCR脱硝技术结合起来。SCR脱硝技术的原理如下:
4Ν0+4ΝΗ3+02—4N2+6H204ΝΗ3+2Ν02+02—3N2+6H20NO2+NO+2NH3—2N2+3H20 3.2工艺流程
在窑尾预热器和增湿塔之间增设一个SCR反应塔,将预热器的废气由该反应塔上部导入,与喷入塔内的氨水或尿素等还原剂相混合,借助反应塔内多层催化剂的催化作用,确保脱氮反应更充分地完成,催化剂由V205、W203等活性组分制成的。
[0029]SCR脱硝工艺装置的主要组成部分包括一个SCR反应器、一个储罐及一个还原剂注入系统。还原剂即可是带压的无水液氨,也可是常压下的氨水溶液(通常重量浓度为25%)。当采用氨水或尿素溶液时,通常将其通过位于导管或滑流的雾化喷嘴直接注入到烟气通道中。无水液氨的储存压力取决于储罐的温度。液氨通过蒸发器中的蒸汽、热水或电被蒸发。然后,蒸发的氨气经空气稀释,通过注入系统被注入到烟气中。注入系统有许多注射喷嘴组成,使氨和烟气均匀分布。另一方面,在喷嘴数量较少的情况下,可以结合一个静态混合器一起使用。氨气在烟气内的均匀分布对于实现NOx的有效还原、较低的氨逸出量以及由此达到催化剂的有效利用都十分重要。
[0030]考虑到脱硝催化剂的投资成本较高,水泥炉窑很少单独依靠SCR来实现对氮氧化物的控制。在要求较低的排放浓度的情况下,一般采取把SCR与SNCR结合起来的联合脱硝技术。
[0031 ] 3.3水泥炉窑SCR脱硝工艺需要注意的问题 I)高粉尘浓度对催化剂的影响大
水泥炉窑尾部的粉尘含量可高达80?100g/Nm3,易造成催化剂孔隙堵塞,使系统压降迅速增加,给引风机的正常运行造成严重威胁,从而影响水泥炉窑生产线长期稳定运行。
[0032]水泥炉窑SCR脱硝工艺对催化剂的堵塞和磨损,提出了更高的要求。
[0033]2)催化剂中毒问题
水泥炉窑烟气中钠、钾等水溶性碱金属化合物易与催化剂中的V2O5反应导致催化剂中毒,从而降低催化剂的活性。同时,水泥炉窑烟气中的CaO含量较高,易于SO3反应生成CaSO4,覆盖催化剂的表面,降低催化剂的活性。
[0034]水泥炉窑SCR脱硝系统中,由于烟气中碱性金属氧化物含量较高,要特别注意催化剂的中毒问题。
[0035]3水泥炉窑SNCR+SCR联合脱硝技术
4.1SNCR+SCR联合脱硝的特点
I)催化剂用量小
SCR工艺由于催化剂非常昂贵,使得SCR系统的投资很大。并且由于需要定期更换,运行费用也很高。SNCR+SCR联合脱硝工艺由于首先采用了SNCR工艺初步脱硝,脱硝效率可以达到40%甚至更高,降低了对催化剂的依赖。与SCR工艺相比,混合工艺的催化剂用量可以大大减少。
[0036]2)SCR反应塔体积小,空间适应性强
由于联合脱硝工艺催化剂用量少,通过对烟道、扩展烟道等进行改造来布置SCR反应器,大大缩短了反应器上游烟道长度。它与单一的SCR工艺相比,不需要复杂的钢结构,节省了投资且不受场地的限制。
[0037]3)脱硝系统阻力小
由于联合脱硝工艺的催化剂用量少,SCR反应器体积小,其前部烟道较短因此,与传统SCR工艺相比,系统压降将大大减小,减少了引风机改造的工作量,降低了运行费用。
[0038]4)减少SO2向SO3的转化,降低腐蚀危害
催化剂的使用虽然有助于提高脱硝效率,但也存在增强SO2向SO3转化的副作用,而烟气中的SO3含量的增加,将生成更多的NH4HSO4JH4HSO4的黏结性很强,在烟气温度较低时,会堵塞催化剂并对下游设备造成腐蚀。联合脱硝技术由于减少了催化剂的用量,将使这一问题得到一定程度的遏制。
[0039]5)简化还原剂喷射系统
为了获得高效脱硝反应,要求喷入的氨与烟气中的NOx有良好的接触并要求在催化反应器前形成分布均匀的流场、浓度场和温度场,为此,单一的SCR工艺除必须设置复杂的氨喷射格栅(AIG)及其控制系统外,还往往需要在多处安放掺混设施、加长烟道以保证AIG与催化剂之间有足够远的距离等措施,以达到上述要求。而混合工艺的还原剂喷射系统布置在锅炉炉墙上,与下游的SCR反应器距离很远,因此,无需再加装混合设施,也无需加长烟道,就可以在催化剂反应器入口获得良好还原剂与NOx的混合及分布。
[0040]4 小结
I)从世界范围来看,已实施的水泥厂脱硝工程,几乎全部采用SNCR脱硝技术。SNCR脱硝是目前水泥行业脱硝的主流技术。
[0041 ] 2)SNCR法的脱硝的效率为50%?60%,低于选择性催化还原法(SCR)脱硝的效率(80%?90%),而SNCR法的费用只有SCR法的五分之一左右。
[0042 ] 3 ) SCR脱硝技术可以有效地控制氮氧化物的排放,可以保证炉窑烟气的NOx排放浓度降到100?200mg/Nm3。但SCR需要使用和消耗价格昂贵的贵金属催化剂,且由于水泥企业废气的粉尘浓度很高,碱金属含量较高,易使催化剂中毒和堵塞。SCR脱硝技术在水泥工业上的实践才刚刚开始,还有诸多改进的空间。
[0043]4)随着水泥行业的发展和环保标准要求的不断提高,SNCR和SCR脱硝将会得到广泛的运用。
[0044]以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种水泥脱硝方法,其特征在于:在选择性非催化还原脱硝法完成后,再经过选择性催化还原脱硝法。2.如权利要求1所述水泥脱硝方法,其特征在于:所述选择性非催化还原脱硝法为在分解炉或炉膛的中下部喷入尿素或氨水。3.如权利要求2所述水泥脱硝方法,其特征在于:喷入尿素或氨水的压力为:喷嘴处的液体压力为0.4MPa,喷嘴处的气体压力为0.3MPa。4.如权利要求1所述水泥脱硝方法,其特征在于:所述选择性催化还原脱硝法为在窑尾预热器和增湿塔之间设有选择性催化还原反应塔。
【文档编号】B01D53/90GK105854548SQ201610234416
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年4月15日
【发明人】廖引家
【申请人】廖引家
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