水泥脱硝工艺技术简要分析

发布时间:2017-09-07

水泥脱硝工艺技术简要分析

  目前,水泥烟气中NOx控制和转化技术主要包括低氮燃烧器、分级燃烧法、选择性非催化还原法(SNCR)和选择性催化还原法(SCR)等,各控制技术的脱氮效率如下所示:
    低NOx 燃烧器:脱氮效率0~15%,SCR:脱氮效率60~90% ,分级燃烧:脱氮效率25~30%,SNCR:脱氮效率50~85%。
一、低NOx燃烧器
    目前在国内已经有较多应用,但其效果受窑工况影响很大,一般仅靠低NOx燃烧技术很难满足排放标准,需要和其他烟气脱硝技术配合使用才能达到较高的脱硝率。
二、选择性催化还原(SCR)法
    SCR脱硝法在300~450℃时,在催化剂的作用下,把烟气中的NOx还原成N2,SCR 法具有脱氮效率高的优势,在电厂锅炉脱硝被较多应用。但由于SCR反应温度范围和含尘量的特殊要求,在水泥生产线上很少使用,目前全世界只有3个水泥厂使用SCR系统。主要原因为:
(1)出窑的烟气通常用于余热发电,出余热发电系统的烟气温度无法满足SCR 的温度要求;
(2)一次性投资大,贵金属催化剂每三年必须更换,运行成本高。
(3)出窑的烟气中高浓度粉尘及其有害元素极易造成催化剂堵塞和中毒;
(4)烟气通过催化剂使窑系统的排风阻力增加了500~1000Pa;
(5)窑尾框架周边基本上没有布置SCR催化剂框架的空间。
三、分级燃烧技术
    空气分级燃烧也是目前比较普遍使用的低氮氧化物燃烧技术。助燃空气分级燃烧技术的基本原理为:将燃烧所需的空气量分成两级送入,使级燃烧区(还原区)内过量空气系数小于1,燃料先在缺氧的条件下燃烧,使得燃烧速度和温度降低,因而抑制了热力氮氧化物的生成。同时,缺氧燃烧产生 CO、CH4、H2、HCN等还原剂与NOx进行反应,抑制燃料氮氧化物的生成。在二级燃烧区(燃尽区)内,成为富氧燃烧区。此时空气量多,一些中间产物被氧化生成NOx,但是与常规相比燃烧温度较低,生成NOx量不大,的NOx生成量是减少的。
    分级燃烧脱氮技术缺点:脱硝效率低于30%,一次投资大,需要对分解炉实施改造,同时需要有经验的中控操作人员进行配合调整。可以和SNCR法同时使用,实现在较低的运行成本下达到较高的脱硝率。
四、选择性非催化还原(SNCR)法
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    1、还原剂类型
    SNCR脱硝将氨水(质量浓度15%~25%)或尿素溶液(质量浓度30%~50%)作为还原剂,通过雾化喷射系统直接喷入分解炉合适温度区域(850~1050℃),雾化后的氨与NOx进行选择性非催化还原反应,将NOx转化成无污染的N2。其中NO占NOx量的95%以上。
    氨水做为还原剂时适宜温度在870~1000℃之间时,脱硝率为50~85%,其中佳反应温度为960℃;尿素做为还原剂时温度在930~1050℃时,脱硝率为40~80%,佳反应温度为1000℃。
    氨水作为还原剂化学反应有:
    4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O 
    6NO+4NH3→5N2+6H2O
    6NO2+8NH3→7N2+12H2O
    2NO2+4NH3 +O2→ 3N2+6H2O
    尿素作为还原剂化学反应有:
    CO(NH2)2+H2O→2NH3+CO2  
    4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O
    2、SNCR脱硝技术的优点:
    (1)投资成本低,不使用催化剂,运行成本低,有很大的经济优势。
    (2) 不需要对分解炉进行大规模结构性改造,建设周期短。
    (3)对分解炉和水泥生产工艺基本无不良影响,改造使用后无需调整其他设备的运行。
    (4)与SCR相比不产生液体或固体废料。
    (5)比较适合现有我国旋窑水泥生产线改造,脱硝效率约为50%~85%,还可以和低NOx燃烧技术共同使用。
    SNCR技术是已投入运行使用被证明的非常成熟的烟气脱硝技术,SNCR技术在欧洲水泥工业已应用20多年,按照欧盟IPPC指令,SNCR工艺被认为是目前可用于水泥工业回转窑上的好技术。被欧盟推广使用,效果很好。现代更有效的雾化控制模式、更的NOx测量技术可以更好地控制脱硝剂的喷入量和混合程度,可获得更高更稳定的脱硝效率。近期国内水泥生产科研所、部门一致认定,水泥SNCR技术是适合我国实际情况的成熟可靠的烟气脱硝技术,预计 “十二五”期间95%的生产线将配置SNCR脱硝设备。
    3、SNCR脱硝效率的影响因素
    (1). 温度范围
    NOx的还原反应发生在一特定的温度范围内(佳的反应温度区间850℃~1050℃)。若温度过低,NH3的反应不完全,容易造成NH3逃逸形成二次污染;而温度过高(1400℃以上),NH3则容易被氧化为NOx。可见温度过高或过低都会导致还原剂的损失和NOx脱除率下降。
    (2). 喷枪位置
     需要综合考虑还原剂喷入区域的温度、气氛、粉尘流动状态和浓度,来考虑喷枪的安装位置。
    (3).溶液停留的时间
    溶液停留(化学反应)时间:合适的温度范围内反应物在反应器内停留的时间。在此时间内,NH3、尿素等还原剂与烟气的混合、水的蒸发、还原剂的分解和NOx的还原等步骤须全部完成,一般要求时间为0.5s。而雾化状态的氨在分解炉的停留时间长短取决于分解炉的尺寸、烟气流经分解炉的速度、溶液雾化状况、雾场与烟气混合的形式等因素。我公司SNCR系统设置效果,停留(化学反应)时间一般为0.5~1s。
    (4). 反应剂和烟气混合的程度
    还原剂与烟气应充分混合和接触,以期进行充分还原反应,混合程度取决于分解炉的结构类型和气流运动方式。混合越充分,反应越充分,脱硝效率越高。
    (5). 其他因素
    NH3与NOx的摩尔比(化学当量比)、NOx浓度水平、 还原剂类型和状态等都会影响脱硝效率的高低。


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