水泥炉窑NOx排放控制技术
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大型水泥工厂废气排放控制技术优化随着现代工业的不断发展,大型水泥工厂成为城市经济发展的关键组成部分。
然而,随着水泥工业的发展,废气排放对环境的影响也越来越严重。
如果不能及时有效地控制废气排放,将导致环境污染,对人类健康产生严重影响。
因此,大型水泥工厂如何优化废气排放控制技术成为当今重要的话题。
一、大型水泥工厂废气排放问题的现状目前,我国大型水泥工厂废气排放已经成为环境保护的重点话题。
据统计,目前我国大约有800多家水泥生产厂家,年产水泥超过20亿吨,其中约有70%的水泥厂处于中小型水平,废气处理能力较差。
在废气排放方面,大型水泥工厂存在以下问题:1.排放浓度高:水泥工厂生产过程中产生的氮氧化物(NOx)、二氧化硫(SO2)、碳氢化合物等有害气体浓度较高。
2.排放量大:大型水泥工厂每年排放的废气量达到数千万吨,不仅对环境造成巨大影响,也对生态环境带来了威胁。
3.废气处理设备老化:水泥工厂废气处理设备大多采用传统的脱硫、脱硝、除尘等技术,这些设备运行成本高,处理效果不佳。
而且,由于维护成本高昂以及技术更新缓慢等问题,导致废气处理设备淘汰周期较长。
二、大型水泥工厂废气排放控制技术优化应该如何进行?1.加强科学管理,规范生产环节目前,许多大型水泥工厂在生产过程中往往存在管理不规范的现象,导致废气排放不合理,产生环境污染。
因此,对于大型水泥工厂而言,加强科学管理,规范生产环节是非常重要的。
具体来说,应注意以下方面:1.1严格执行排放标准,做好监测工作大型水泥工厂应该严格遵守排放标准,建立废气排放监测系统,对废气浓度进行实时监控。
只有严格执行标准,并及时掌握排放情况,才能更好的控制废气排放。
1.2优化生产工艺,减少排放对于大型水泥工厂而言,优化生产工艺也是非常重要的。
通过优化生产工艺,可以最大限度的减少废气排放,并提高废气处理的效率。
比如,在生产过程中合理调整燃烧方式、温度控制等参数,可以大大降低废气排放。
水泥行业NOx污染防治及减排措施研究水泥行业是重要的工业领域之一,但由于生产过程中产生的NOx排放也是主要的大气污染源之一。
开展水泥行业NOx污染防治及减排措施的研究具有重要的意义。
1. 技术创新和升级:水泥行业可以通过技术创新和设备升级来减少NOx的排放。
采用低氮燃烧技术、燃烧温度控制技术和炉内SNCR技术等可以有效降低NOx的排放浓度。
2. 燃烧控制:水泥生产过程中,燃烧是主要的NOx排放源。
通过优化燃烧系统,合理控制氧化氮生成的温度和压力等条件,可以减少NOx的生成量。
合理设计燃烧设备和配套设施,选择适当的燃料类型和使用低氮燃料也是减少NOx排放的重要手段。
3. SNCR技术:选择合适的氨水催化剂,通过喷射方式将其与烟气混合,使其在较低温度下与NOx发生反应,达到减少NOx排放的目的。
SNCR技术适用于水泥窑炉和烟气脱硝设施,具有运行稳定、投资和运营成本较低等优点。
4. 脱硝技术:水泥行业可以通过脱硝设施降低NOx的排放浓度。
目前常用的脱硝技术包括选择性催化还原(SCR)技术和选择性非催化还原(SNCR)技术。
SCR技术利用催化剂催化合成氨与烟气中的NOx发生反应,将其转化为氮气和水。
SNCR技术则是直接喷射氨水与烟气中的NOx发生反应,达到降低NOx排放的目的。
5. 系统优化:水泥行业可以通过优化整个生产系统,减少能源消耗和原料的使用量,进而减少NOx的排放。
优化煤粉燃烧系统,提高燃烧效率,减少NOx的生成。
在水泥行业NOx污染防治及减排措施的研究过程中,还需考虑技术的可行性、经济性和环境影响等方面。
政府应制定相应的法规和政策,加强对水泥行业NOx排放的监督和管理,推动企业加大环保投入,实施减排措施,保护环境和人民身体健康。
1低NOx燃烧技术1.1 水泥炉窑低NOx燃烧器旋流式多通道低NOx燃烧器的结构由内向外,依次为中心风、旋流风、煤风、直流风通道。
中心风的作用是调整射流中心回流区的负压,改变头部高温区的位置及大小;旋流风通道采用轴流式旋流器,可降低气动阻力,产生足够的旋流强度;直流风的作用是包裹火焰,卷吸二次高温空气,与旋流风一起强化内外回流并对煤粉“打散”,提高煤颗粒与空气的接触程度。
b5E2RGbCAP 产品特点:◆燃烧推动力较大;◆一次空气的比例小;◆空气和燃料的混合点燃迅速;◆火焰形状和温度场可根据需要灵活控制;◆降低NOx排放;◆强化燃烧。
1.2燃煤锅炉低NOx燃烧技术1.2.1中心给粉旋流煤粉燃烧技术中心给粉旋流煤粉燃烧器原理:在一次风通道中安装一个或多个锥形分离器使煤粉集中于燃烧器的中心并喷入炉内,在一次风管、内二次风管和外二次风管出口安装扩口。
安装在一次风通道中的煤粉分离器将煤粉集中于燃烧器的中心喷入炉内,增加了穿过中心回流区的煤粉量,延长了煤粉在还原性气氛中的停留时间,可有效抑制NOx的形成。
燃烧器的二次风分为内、外旋流二次风两部分,通过调节内、外二次风风门挡板开度,可改变二次风分级燃烧的程度,同时可以通过调整二次风叶片角度来改变二次风的旋流强度。
中心给粉与二次风分级燃烧相结合,既保证了高的燃烧效率,又实现了较低的NOx排放。
p1EanqFDPw中心给粉旋流煤粉燃烧器三维结构图1.2.2四角切圆浓淡煤粉燃烧技术切向燃烧炉中直流煤粉燃烧器分为墙式布置和角式布置两种,各个燃烧器之间进行有效的配合,每一个燃烧器给下邻角燃烧器起点燃作用。
燃烧器一次风煤粉气流向火一侧的侧面受到上邻角燃烧器喷出的火炬冲击获得了高温烟气。
置于背火一侧的气流切面也卷吸了炉墙附近的热烟气。
DXDiTa9E3d直流浓淡煤粉燃烧器原理:将各角燃烧器的煤粉气流<一次风)沿水平方向分成两股:靠近炉膛火焰中心为浓煤粉气流;背离火焰中心<靠近水冷壁)为淡煤粉气流;再向外是空气<侧二次风)。
水泥窑氮氧化物超标的原因和处理措施哎呀,这水泥窑可真是个让人头疼的问题啊!氮氧化物超标,这可怎么办呢?别着急,听我慢慢道来。
我们得弄清楚氮氧化物超标的原因。
其实,这个问题挺复杂的,涉及到好多因素。
比如,水泥生产过程中的高温、高压、高湿等等,都会让氮氧化物产生。
而且,如果设备老化、操作不当,也可能导致氮氧化物超标。
要想解决这个问题,我们得从源头抓起,找出导致氮氧化物产生的原因。
那么,如何处理这个问题呢?其实,方法还是有的。
我们可以对水泥生产过程进行优化,降低氮氧化物的产生。
比如,可以通过改进设备、调整工艺参数等方式,减少氮氧化物的生成。
我们还可以采用一些环保技术,如烟气脱硫、脱硝等,来减少氮氧化物的排放。
这些方法都需要投入一定的资金和人力,但长远来看,这是值得的。
除了从生产过程入手外,我们还可以从管理层面来解决问题。
比如,加强对员工的培训,提高他们的环保意识;加大对环保设施的投入,确保设备的正常运行;定期对水泥窑进行检查,发现问题及时整改。
这样一来,我们就可以从源头上减少氮氧化物的产生和排放。
处理氮氧化物超标的问题,还需要政府、企业和社会各界共同努力。
政府应该加大对环保产业的支持力度,鼓励企业采用环保技术;企业应该树立绿色发展理念,注重环境保护;社会各界也应该关注环保问题,共同营造一个良好的生态环境。
氮氧化物超标这个问题,虽然麻烦,但只要我们用心去解决,还是有办法的。
让我们携手共进,为建设美丽家园而努力吧!。
水泥行业控制氮氧化物排放的探讨摘要:在论述氮氧化物生成机理及降低氮氧化物排放技术措施的基础上,提出水泥企业应采用低氮燃烧与烟气脱硝联合处理技术,这既满足“排放标准”的要求,也降低了企业部分成本。
关键词:水泥;降低;氮氧化物现在我国雾霾天气呈现范围广、时间长、频率高的特点,经常造成多地重度空气污染,严重危害人民群众的身体健康,引发全国高度关注。
氮氧化物是雾霾的主要组成之一,水泥行业氮氧化物排放量约占全国排放总量的10%,在各行业中排在第三,水泥行业脱硝刻不容缓。
因此,在这对水泥行业如何控制氮氧化物的排放说一些自己的浅见,以供大家思考。
1氮氧化物生成的机理1.1热力型NOx在回转窑的高温环境下空气中的N2被氧化生成热力型NOx,它主要受温度、高温区持续时间和氧气浓度的影响。
温度越高、烟气在高温区反应时间越长、氧气含量在一定范围内越高,则热力型NOx生成的越多。
1.2瞬时型NOx在还原气氛下并且煤相对过剩的时候,空气中的N2与煤燃烧过程所产生的碳氢自由根(C-H)反应,中间经由氰化物快速生成瞬时型NOx。
1.3燃料型NOx在分解炉和窑尾等低于1200℃的环境里,煤中的含氮化合物经热解后氧化生成燃料型NOx。
它的影响因素主要有:温度、煤中的含氮量、过剩空气系数、反应时间。
在1200℃以下温度越高、燃料煤中氮含量越高、过剩空气系数越大、反应时间越长,则燃料型NOx生成的越多。
在水泥生产过程中,由于瞬时型NOx生成极少,可以忽略不计,所以主要从热力型NOx、燃料型NOx的形成机理与影响因素方面来控制和降低NOx的生成。
2降低氮氧化物排放的技术措施目前,水泥行业降低氮氧化物排放主要是两种途径,一种是NOx生成前的控制;另一种是NOx生成后的控制即烟气脱硝。
2.1NOx生成前的控制NOx生成前控制实质就是低氮燃烧技术,它通过改变氮氧化物形成条件和影响因素,来达到控制和减少NOx排放。
主要技术措施包括:低氮燃烧器、分级燃烧、降低烧成温度、改变燃料的物理化学性能。
水泥炉窑SNCR及SCR烟气脱硝技术比较通过分析水泥炉窑氮氧化物(NOx)生成机理、脱除技术以及国内外水泥炉窑脱硝现状并结合我国具体情况,探讨适合我国的水泥炉窑切实可行脱硝技术,为“十二五”期间我国水泥炉窑开展烟气脱硝整治工作提供技术性方向。
“十一五”期间我国削减二氧化硫10%,如果不对氮氧化物的排放开展控制,酸雨污染将因氮氧化物排放的显著上升而全抵消。
水泥行业所排放出的NOx总量仅次于火力发电厂。
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20**年根底上降低25%。
另据文献,新建或改扩建水泥(熟料)生产线项目须配置脱除NOx效率不低于60%的烟气脱硝装置。
因而,探讨水泥行业最正确可行的脱硝技术显得尤为迫切。
1水泥炉窑NOx产生机理水泥窑尾气中NOx主要成分为NO和NO2,其中NO 占据90%以上,主要来源为燃料型NOx和热力型NOx。
1.1热力型NOx/ThermalNOx空气中的N2在高温条件下被氧化为NOx即生成热力型NOx。
在水泥回转窑内必须提供高温、过量空气等气氛,以确保水泥熟料的煅烧品质,而在此高温、富氧环境为热力型NOx的生成提供了合适的条件。
烟气在回转窑内停留时间越长,回转窑内烟气温度越高,热力型NOx生成越多。
1.2燃料型NOx/FuelNOx燃料中的含氮化合物被氧化成燃料型NOx,此类NOx 主要在分解炉和预热器等温度低于1200℃区域生成。
据文献报道,燃料型NOx生成约有60%左右的燃料N被转化为燃料型NOx。
1.3原料型NOx/FeedNOx煅烧水泥的原料主要成分为石灰石,另有黏土、沙石等,不同原料中氮含量由20×10-6~100×10-6不等。
原料型NOx主要在温度窗口为300~800℃内生成。
带预分解炉或预热器的窑型,较之其他传统窑型,熟料产量大,生成的原料型NOx较少。
1.4快速型NOx/PromptNOx在复原性气氛下燃料相对过量,过量的燃料中的CH自由根与助燃空气中的N2快速反应生成快速型NOx。
水泥窑氮氧化物超标的原因和处理措施大家好,我是一名行业专家,今天我要和大家聊聊水泥窑氮氧化物超标的问题。
这个问题可大可小,如果不及时解决,可能会对环境造成严重污染,影响人们的健康。
所以,我们要认真对待这个问题,找出原因,采取有效措施,让水泥窑的氮氧化物排放达标。
下面,我将从三个方面来谈谈这个问题:一是氮氧化物超标的原因;二是处理氮氧化物的方法;三是如何预防氮氧化物超标。
我们来看看氮氧化物超标的原因。
氮氧化物主要是由燃烧过程中产生的高温烟气中的氮气和氧气在一定条件下反应生成的。
水泥窑的生产工艺中,燃料、原料、废气等都是产生氮氧化物的主要来源。
具体来说,有以下几个方面:1. 燃料不完全燃烧。
水泥窑的燃料主要是煤粉、生物质燃料等,如果燃料没有充分燃烧,就会导致氮氧化物的生成。
这是因为在燃烧过程中,燃料中的氮元素没有被完全转化为二氧化碳和水,而是留在了烟气中。
2. 原料中含有氮元素。
水泥窑的原料主要是石灰石、粘土等,这些原料中都含有一定量的氮元素。
在原料磨制过程中,部分氮元素会与氧气结合生成氮氧化物。
3. 废气处理设备故障。
水泥窑的废气处理设备主要包括除尘器、脱硫装置等。
如果这些设备出现故障,就不能有效地去除废气中的氮氧化物,导致排放超标。
接下来,我们来谈谈处理氮氧化物的方法。
针对氮氧化物超标的问题,我们可以采取以下几种措施:1. 提高燃烧效率。
通过优化燃烧设备、改进生产工艺等手段,提高燃料的燃烧效率,减少不完全燃烧产生的氮氧化物。
2. 降低原料中的氮含量。
通过对原料进行选矿、配比调整等方法,降低原料中的氮含量,从源头上减少氮氧化物的生成。
3. 定期检修废气处理设备。
确保废气处理设备的正常运行,及时清除设备中的积灰、结垢等问题,提高废气处理效果。
4. 采用先进的脱硝技术。
如选择性催化还原(SCR)脱硝技术、生物脱硝技术等,对水泥窑进行脱硝处理,降低氮氧化物排放。
我们来谈谈如何预防氮氧化物超标。
为了避免氮氧化物超标的问题发生,我们需要从以下几个方面着手:1. 加强生产管理。
-42-CEMEtiT2021.N〇.3水泥窑炉烟气N C U咸排技术及评述汪澜(中建材绿色建材国家重点实验室,北京100024)摘要:燃煤在水泥窑炉中的燃烧产生有大量的NO,,排放烟气中NO,农度可高达1950 mg/m3低氮燃烧、分级燃烧等 过程减排技术,利用CO在高温条件下对NO,还原,可部分削减NO,,但过重的还原气氛对窑炉正常运行会产生不利的 影响SNCR技术,利用氨基还原剂在适宜温度条件下还原NO,’效率可达60%;进一步增加还原剂用量、提高脱硝效 率,则会增加氨逃逸,导致大气环境氨污染。
SCR技术,在较低的温度条件下,利用氨基还原剂脱硝,可以实现窑炉烟 气NO,超低排放,基本避免氨逃逸前述多项技术的耦合及各项技术优势的发挥,是水泥窑炉烟气脱硝的最佳技术路 径组合。
关键词:水泥窑炉烟气;NO,过程减排;SNCR技术;SCR技术;最佳技术耦合中图分类号:TQ172.9 文献标识码:B文章编号:1002-9877(2021)03-0042-04 DOI: 10.13739/ki.c n ll-1899/tq.2021.03.014〇引言水泥是国家社会经济建设重要的基础原材料,我国现有水泥生产线约1650余条,2020年水泥和水 泥熟料产量分别达到23.8亿吨和15.5亿吨。
随着“新 基建”、“内循环”的逐步开展,水泥工业也面临着新 的发展机遇。
然而水泥工业又是典型的高NO t排放 行业,按污染源普查NOt排放系数为1.65 kg/t熟料计 算,2020年我国水泥工业窑炉NO,排放量约为256万 吨,占全社会NO,排放总量的15%,也是继煤电和交 通运输行业之后的第三大排放源。
NO,是一种严重的大气污染物。
其包含多种化 合物,如一氧化二氮(N20)、一氧化氮(NO)和二氧化 氮(N02)等,统称为氮氧化物。
氮氧化物是形成光化 学烟雾和酸雨的一个重要原因。
光化学烟雾是有毒 烟雾,具有特殊刺激气味,可伤害人体视觉器官,妨 碍植物生长,使大气能见度下降。
目录水泥厂氮氧化物的产生与超低排放操作一、妲氧化物从哪里来的? (2)(一)氮氧化物(NO x )主要是来源于回转窑高温带。
(2)(二)分解炉产生的(NOx) (3)二、两牛H耍的反应方程式 (3)1. 氮氧化物与CO的反应方程式 (3)2. NOX和氨水的反应方程式 (3)三、正常操作卜的回转窑操作过程和NOx的生成 (4)四、我厂的工艺裁程和理论」-反应过程节点(見下图) (4)■■瘵敦渕曙;或理 (5)1、氨水脱销 (5)2、CO还原反应 (5)3、降低氨水用量 (6)4、实验结论: (7)5、针对实验结果优化和调整 (7)沁飙逾&的摂术管理 (7)1. 停磨氨逃逸超标的原因分析 (7)2. 再次实验 (8)3. NOx超低排放的反应过程重点分析 (8)七父麻倉采 (10)水泥厂氮氧化物的产生与超低排放操作现阶段河北省大部分地区水泥生产已经要求达到超低排放,即粉尘、二氧化硫、氮氧化物分别控制到不高于10mg/m3、30mg/m3、50mg/m8,估计不远的将来,全国各地区的执行标准也会降低到这一标准。
然而能够真正达到该标准的企业并不多,有的多加氨水虽然达到了该标准,但是波动较大,不能稳定控制在50mg/m3以下,操作一旦出现波动就会超过该标准,同时氨逃逸时有超标。
还有的企业为达到该标准不得不把产量降低,明明能够生产6000t/d的窑,产量要降低到5400t/d,造成生产成本的大幅上升。
实事求是的说,现有的超低排放标准将会成为企业的生死符,是决定水泥企业能否生存的根本性问题。
本文将从理论到实践全面论述超低排放安全操作的生产过程,从探讨到解决并达到超低排放标准的生产实验思路全过程,为企业提供达到超低排放的生产技术,并以最低的投资,最高的回报达到超低排放正常生产要求。
氮氧化物从哪里来的?在回转窑排放的废气中总中NO2 —般仅占N0+N02总量的5%以下,NO则占总量的95%以上。
(一)氮氧化物(NO x)主要是来源于回转窑高温带。
水泥炉窑NOx排放控制技术(水泥脱硝)探讨 何洪1,王洪兵2,李坚1,梁文俊1 1 北京工业大学环境与能源工程学院,北京100124, 中国 2 北京方信立华科技有限公司,北京101102,中国
摘要:本文论述了水泥行业NOx污染排放的现状和排放标准的发展,总结了SNCR和SCR的技术特点、研发和工程应用现状。SNCR技术具有投资少和环境效益高的特点,而SCR技术的脱硝效率可以高达90%以上,并且具有不干扰水泥生产过程的优点,可以满足将来更严格的水泥炉窑排放标准。低温SCR催化剂为水泥炉窑的脱硝工艺提供了多样性,具有反应温度低,适用范围广和节能等优势,需要进一步的技术开发,可能成为水泥炉窑脱硝的主流技术。 关键词:水泥炉窑;脱硝;SNCR; SCR。
随着社会的发展,环境保护工作日益得到各国政府和人民的高度重视,其中,大气环境质量是我们更加关注的问题,在过去的十年中,我国的SO2排放得到了广泛的治理和有效的控制。而NOx污染排放控制的工作在我国方兴未艾,“十二五”期间,NOx首次被列入约束性指标体系,排放总量要削减10%。NOx的主要排放源为电站锅炉、机动车,工业锅炉、酸洗工艺过程和各种工业窑炉。而在我国,水泥行业NOx的排放量已是居火力发电、汽车尾气排放之后的第三排放大户。NOx已成水泥行业主要废气污染物,排污费占企业排污费总额八成以上。 目前,我国拥有水泥企业近5000家,产量已连续多年位居世界首位。2010年全国累计水泥总产量18.7亿吨,其中,新型干法水泥比重达到80%。根据国家发改委的统计,截至2010年年底,采用国内技术和装备建设的新型干法水泥生产线已经达1300多条,日产4000吨以上的水泥生产线占60%左右,总计800多条生产线。如此之大的产业规模使水泥行业NOx排放对全国NOx排放贡献率达到12~15%。水泥炉窑内的烧结温度高、过剩空气量大、 NOx 排放浓度高且灰量大使其脱硝工程面临着艰巨的挑战。 目前,用于水泥炉窑 NOx 排放控制的技术有火焰冷却、低氮燃烧器、分段燃烧、添加矿化剂、选择性非催化还原技术(SNCR)和选择性催化还原技术(SCR)。火焰冷却、低氮燃烧器、分段燃烧、添加矿化剂等技术是炉内燃烧控制技术,采用这些措施后, 水泥炉窑的NOx排放控制水平可以达到 200~500 mg/Nm3。 SNCR技术是在水泥炉窑内喷射还原剂,可以降低30~50%的NOx排放,但是,要进一步降低NOx排放,SCR技术是唯一的选择, SCR 技术可以控制水泥炉窑的NOx排放达到 100~200 mg/Nm3, 可以满足更严格的排放标准。
一,水泥行业排放现状和标准的发展。 从我国水泥工业NOx控制技术的使用情况来看,除一些水泥窑采用了低氮燃烧器设计,以及部分新型干法窑通过控制分解炉产生还原性气氛削减NOx排放外,基本未采取任何控制措施。德国近30年的监测结果显示回转窑废气中NOx排放浓度大约在300 ~ 2200 mg/Nm3。而国内运行的新型干法水泥窑NOx排放浓度尚缺乏系统的统计数据,根据一些不完全的监测数据显示,大约在800 ~ 1600 mg/Nm3左右, 也有一些数据报道水泥炉窑平均排放浓度为500 ~800 mg/Nm3 。 我国在1985年颁布了第一个水泥行业环保标准,即《水泥工业污染物排放标准》(GB4915-85),1996年对该标准进行第一次修订,并更名为《水泥厂大气污染物排放标准》(GB4915-1996)。在GB4915-85标准中,没有对水泥炉窑的NOx排放提出限制,而GB4915-1996标准明确规定了水泥厂允许排放NOx的排放限值。2004年国家颁布了新的《水泥工业大气污染物排放标准》(GB4915-2004),该标准对已建和新建水泥厂的排放要求没有区分,NOx排放限值和GB4915-1996标准规定的水泥炉窑NOx排放限值一样,即为800 mg/Nm3。和《火电厂大气污染物排放标准》(GB 13223-2011)相比, 该限值远远高于火电厂大气污染物排放限值(100 ~ 200 mg/Nm3)。预计随着国家对NOx排放控制日益严格和脱硝技术的发展,水泥行业的NOx排放标准将趋于更加严格。 二, SNCR脱硝技术 选择性非催化还原法( Selective non- Catalytic Reduction, SNCR) 是向水泥窑中喷氨或尿素等含有NH3基的还原剂,在高温( 900~1100 °C)和没有催化剂的情况下,通过烟道气流中产生的氨自由基与NOx反应,把NOx还原成N2和H2O。在SNCR反应中,部分还原剂将与烟气中的O2发生氧化反应生成CO2和H2O,因此还原剂消耗量较大。SNCR工艺的主要反应如下: 4NO+4NH3+O2 4N2 +6H2O 2NO2+4NH3+O2 3N2 +6H2O 目前的趋势是尿素代替NH3作为还原剂,使得操作系统更加安全可靠。一般来讲,SNCR技术对NOx的去除率要低于SCR技术,但是SNCR的设备投资少,制备成本低 。 因为没有催化剂提高NOx还原反应速率,所以SNCR反应的温度窗口就凸显重要。在高温的情况下,会发生NH3的氧化竞争反应,产生额外的NOx,在低温的情况下,NOx的还原速率过低,导致净化效率下降和NH3的逃逸,而在烟气中添加H2可以促进SNCR反应,使其反应温度可以降低到 700 °C[1], 但是, 如果烟道气中有高浓度的SO2,将干扰这个反应。在通常的水泥回转窑中,合适的温度窗口在炉窑的中部,但是,由于回转窑需要旋转, 所以喷射NH3或尿素还原剂是非常困难的。美国Fuel Tech公司发明了直接将固体还原剂(尿素)喷射到水泥窑的方法,但是该法的实际应用效果还在评价过程中。
SNCR 技术的脱硝效率取决于温度、O2含量、CO含量、停留时间以及烟道气中NOx和NH3的含量。当NH3/NOx比值是1 1.5时, NOx排放的净化率可以达到60~80%。 但是如果NH3/NOx比值过高,将引起NH3气的排放。文献报道[2] NH3作为还原剂时,SNCR的最佳反应是950 oC,如果使用尿素作为还原剂
时,SNCR的最佳反应温度为1000 oC, 无论如何,使用NH3作还原剂时,脱硝效率会高一点。SNCR水泥窑脱硝技术在欧洲,尤其时在德国,得到了很广泛的应用。 例如,2006年ERG公司的报告中指出,按照欧盟IPPC指令,SNCR工艺是目前可用于水泥工业回转窑上的脱硝技术, 在2006年之前,在欧洲至少有18个水泥窑采用了SNCR脱销技术,其中15座在德国,2座在瑞典, 一座在瑞士。在这些工程中还原剂多为浓度为25%的氨水,NH3/NOx比值为0.5~0.9, 脱硝效率为10~50%。瑞典的两座干法回转水泥窑在安装SNCR装置之后,在NH3/NOx比值为1.0~1.2的条件下,脱硝效率达到80~85%,究其原因是采用了多点喷射技术(12个点),使反应有足够的时间发生。在北美地区,在2006年之前, 至少有9家水泥窑采用了SNCR技术。最早的先行者是Fuel Tech 公司,该公司发明了NOxOUT® 技术, 1993年在西雅图,1994年在南加州,1 998年在爱荷华就使用了水泥窑脱硝NOxOUT®技术。 综上所述,在国际上SNCR技术在水泥炉窑脱硝的应用得到了比较深入和广泛的研究,并且有了大量的工程应用示范。在国内水泥炉窑脱硝的SNCR技术还没有得到深入的研究,也少有成功的工程经验。 三,SCR脱硝技术 选择性催化还原法( Selective Catalytic Reduction, SCR)是工业上应用最广的一种脱硝技术,可应用于电站锅炉、工业锅炉和垃圾焚烧等燃烧设备的NOx排放控制,理想状态下,可使NOx 的脱除率达90%以上, 是目前能找到的最好的固定源NOx治理的技术。此法的原理为:使用适当的催化剂,在一定条件下,用氨作为催化反应的还原剂,使NOx转化为无害的氮气和水蒸气。反应如下: 4NO+4NH3+O2 4N2 +6H2O 2NO2+4NH3+O2 3N2 +6H2O SCR 催化剂的组成一般为V2O5-MoO3(或WO3)/TiO2, 其物理外形有蜂窝式,板式和波纹板式结构(图-1), 在实际工程中需要根据烟道气的流量,污染物浓度和含灰量确定整体催化剂的结构以及孔道尺寸。 以分子筛为主要组分的SCR催化剂可以用于较高的温度条件,该类催化剂主要是将活性组分负载到堇青石蜂窝载体上, 目前, 分子筛基SCR催化剂主要用于柴油发动机的NOx排放控制。
SCR脱销反应温度一般为300~450 oC, 在没有预热器的情况下, 该温度一般高于水泥炉窑的烟道气温度,尤其在余热锅炉和布袋除尘器之后,此时, 需要对烟道气进行加热。在NH3/NOx比值为1.05~1.11的情况下, SCR技术的NOx净化率可以达到80~90%,NH3的逃逸率小于10 ppm。水泥炉窑SCR技术的脱硝效率主要取决于反应温度、反应空速、NH3/NOx比值和烟气、催化剂床层的停留时间以及气流分布。
在水泥行业,可以考虑两种基本的SCR工艺系统:低尘工艺和高尘工艺,前者安装在除尘器之后,需要对烟气重新加热,该工艺投资较大。高尘工艺投资较少,但是需要解决比较复杂的技术问题。
图-1板式(左)和蜂窝式(右)SCR催化剂 SCR脱硝技术适合用于带有预热器的干式水泥回转窑, 但是, 必须慎重设计SCR系统以防止催化剂中毒和堵塞。对于一个带有预热系统的干法水泥窑的
典型设计是将SCR系统安装在预热旋风器的下游的滚筒磨之前(图-2),在预热旋风器出口温度大约为320 °C, 可以满足SCR系统的需要。
SCR脱硝系统用于水泥窑的尾气排放控制具有很多的优势,首先像在电站锅炉上应用一样,可以提供90%以上的NOx净化效率, 实践证明SCR系统也可以用于具有很高灰份量的烟道气处理。其次,SCR是end-of-pipe技术,对于干法水泥窑来说, SCR系统可以安装到水泥回转窑,预热器和旋风器之后,因此,它不干扰水泥生产的制造过程,而SNCR则需要在水泥烧制过程中进行。最后, SCR技术可以使用尿素作为还原剂,而不是使用运输和储存都不方便的NH3。
2006年,在意大利的Cementeria di Monselice 成功安装并运行了高尘 SCR设备,表-1给出了最初六周的运行结果。从表-1中, 我们可以知道该SCR系统具有高达95%的NOx去除率,烟道排放气中的NOx浓度可以低至75 mg/Nm3, 每吨水泥的NOx产率低于0.2lb,系统的压力降小于5毫巴,NH3的逃逸小于1 mg/Nm3。在该催化剂系统中,催化剂床层采用5备一用设计,催化剂为 V2O5/TiO2整体蜂窝,蜂窝孔道直径为11.9 mm,催化剂体积为105.3 立米,NOx催化净化反应空速约为1000 h-1。