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          新型干法水泥窯氮氧化物治理及控制技術
          發布日期:2020/04/27    瀏覽量:44    所屬分類:公司新聞

          本文在分析我國水泥窯氮氧化物的來源及排放量的基礎上,對現行的環保標準進行對比評析,提出了采用SNCR法和SCR法脫硝技術的治理原理及工藝方法。

          關鍵詞:水泥窯;煙氣;氮氧化物控制;

          1   水泥窯煙氣特性

          2007年,我國水泥總產量為13.8億噸,排放氮氧化物157萬噸,占全國工業排放總量的15%,已是居火力發電、汽車尾氣之后的第三大氮氧化物排放大戶?;剞D窯是新型干法水泥物料燒成的關鍵技術裝備,也是NOx的主要來源。煅燒水泥熟料時生成一氧化氮NO的途徑主要有四種,即 種熱力NOx,它是燃料在水泥窯頭1400℃以上燃燒時會產生大量NOx;第二種瞬發NOx,它是有碳氫根存在時,于火焰前端瞬發形成的NOx,一般這種瞬發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接合氮所產生的。例如煤中約含有0.5%~2%的氮(按質量計)。因為燃料中氮原子的接合能較小,所以在水泥窯系統相對較低溫的分解爐內產生的燃料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,例如NH4等。在窯廢氣中NO2一般僅占NO+NO2總量的5%以下,NO則占總量的95%以上。

          在我國新型干法水泥回轉窯上常用的NOx控制技術主要有以下幾種:一是優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間,改進熟料易燒性;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。然而,即使把上述四種措施全部采用起來,事實上水泥窯的NOx排放也很難達到400mg/Nm3以下。采用選擇性非催化還原(SNCR)脫硝法或選擇性催化還原(SCR)脫硝法進一步降低NOx排放的措施是一個非常有效的降低NOx排放的途徑。

          2   水泥工業NOx 的排放標準

          水泥工業NOx的排放標準、實際排放數量國內和國外的標準、法規對水泥工業NOx 排放的限定指標見表1 。表中1mg/ Nm3 ≈1.8cm3/Nm3 。德國近30年的監測結果顯示,回轉窯廢氣中NOx排放濃度大約在300~2200mg/ Nm3。國內運行的新型干法水泥窯NOx排放濃度尚缺乏系統的統計數據,根據一些不完全的監測數據顯示,大約在800~1600mg/Nm3 左右,達不到 標GB4915-2004和歐盟標準2000/76/EC規定的要求。

          表1  國內和國外的標準、法規對排放的限定指標

          3   選擇性非催化還原(SNCR)脫硝法      

          3.1  SNCR 降低NOx原理

          在分解爐的中下部(約950℃) 加入還原劑尿素[ CO(NH2)2 ]或氨水(NH4OH) ,在有部分氧存在的條件下,發生以下反應過程。

          溫度進一步升高,則可能發生以下的反應:

          當溫度低于800℃時,NH3與NO的反應速度很慢;當溫度高于1050℃時反應式(2)會逐漸起主導作用,當溫度高于1300℃時NH3轉變為NO的趨勢會變得明顯。

          SNCR 的反應機理非常復雜,目前仍未能完全了解,多數學者認為NHx基還原劑按圖1 所示的途徑反應:

          在分解爐的中下部噴入氨水或尿素等容液,使之與煙氣中的NOx化合,并將其還原成氮氣和水。這樣就可較大幅度地削減NOx的排放,削減效果達30%~85%,NO2排放濃度可降到200~400mg/Nm3。氨水儲存罐的氨水經過過濾器后,通過氨水添加泵送入分解爐,出添加泵的溶液經過濾后進入流量調節閥和流量計,經計量的溶液進入噴嘴,在噴嘴內與壓縮空氣混合,霧化后噴入分解爐內。噴嘴位置在分解爐中部(位置見圖2) ,有多個噴嘴。其關鍵技術是噴嘴位置的確定,確定噴嘴位置主要考慮設備內部的氣體溫度,尿素還原NOx反應的適宜溫度為950℃~1050℃,此處內部氣體溫度約1000℃。噴嘴的結構和噴嘴的質量是尿素添加設備的技術關鍵,噴嘴的結構設計應該首先保證使尿素溶液具有良好的霧化效果,其次應考慮噴嘴本身處于高溫部位,應具有良好的耐熱性能,不易燒損。

          4   選擇性催化還原(SCR)脫硝法

          4.1  SCR 降低NOx原理

          盡管綜合采用上述各種措施包括SNCR在內,確保水泥窯NOx的排放穩定在200mg/Nm3以下(現行德國標準),但勝任這樣要求的富余能力尚不夠大,即其可靠性與安全性尚須進一步地提高,于是就出現了選擇性非催化還原(SNCR)脫硝法。在預熱器出口的管道上把煙氣(約350℃)引入SCR反應器,在管道上加入還原劑尿素[ CO(NH2)2 ]或氨水(NH4OH), 氮氧化物在催化劑作用下被氨還原為無害的氮氣和水:

          4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O

          4NH3+2NO2+O2→3N2+6H2O

          NO2+NO+2NH3→2N2+ 3H2O

          在窯尾預熱器和增濕塔之間增設一個SCR反應塔,將C1預熱器的廢氣由該反應塔上部導入,與噴入塔內的氨水或尿素等還原劑相混合,借助反應塔內多層接觸劑的催化作用,確保脫氮反應更充分地完成,多層板式催化劑由V2O5、W2O3等活性組分制成


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