CN102806002B

CN102806002B - 用于水泥回转窑氮氧化物控制的sncr脱硝装置和方法

Info

Publication number: CN102806002B
Application number: CN201210300879.2A
Authority: CN
Inventors: 宋蔷; 姚强; 付世龙
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University
Priority date: 2012-08-22
Filing date: 2012-08-22
Publication date: 2014-11-26
Anticipated expiration: 2032-08-22
Also published as: CN102806002A

Abstract

本发明公开了一种用于水泥回转窑氮氧化物控制的SNCR脱硝装置和方法，属于水泥回转窑污染物控制技术领域。所述的装置包括还原剂制备和存储系统、还原剂喷射系统和控制系统；还原剂制备和存储系统包括尿素储存间、斗提机、尿素溶解罐、添加剂储罐、两个输送泵、计量装置和改性还原剂储罐；还原剂喷射系统包括加压泵和喷枪；控制系统包括两个流量计和两个流量计控制器；并在分解炉出口处安装NO_x在线检测仪表；所述的方法是使用上述的装置，以Na₂CO₃或H₂O₂为添加剂，在质量分数为20～60%的尿素溶液中以添加剂与尿素的摩尔比为1∶3～15的比例加入添加剂，然后以雾化状态喷入分解炉内。本发明经济、环保、脱硝性能高。

Description

用于水泥回转窑氮氧化物控制的SNCR脱硝装置和方法

技术领域

本发明属于水泥回转窑污染物控制技术领域，特别涉及一种用于水泥回转窑氮氧化物控制的SNCR脱硝装置和方法。

背景技术

氮氧化合物NO_x是大气的主要污染物之一，它主要由NO和NO₂两种物质组成。各种工业设备高温燃烧产生的NO_x主要以NO的形式存在，NO排放到大气中后很容易和大气中的O₂反应生成NO₂，引发酸雨、光化学烟雾等污染现象，对人类的健康造成巨大的不良影响，同时会对生态环境和工业设备、建筑等造成严重的损害。随着我国社会经济的快速发展，我国水泥的用量和产量都有大幅度的攀升。由于水泥的生产存在高温煅烧阶段，需要大量的化石燃料提供能量，因此会排放大量的NO_x。目前在我国，水泥生产已经成为继火力发电、汽车尾气和工业锅炉之后第四大NO_x排放源。根据水泥回转窑NO_x的生成机理，控制其排放的主要手段包括低NO_x燃烧技术和燃烧后脱硝技术，综合考虑控制技术成本和脱硝性能，选择性非催化还原（Selective Non-catalytic Reduction，SNCR）脱硝技术是最佳选择。SNCR脱硝技术主要应用于水泥回转窑分解炉的燃烧区下游（按烟气流向计），采用还原剂在850-1150℃的温度范围内将NO_x还原为N₂。还原剂喷射区间的温度过低、过高，或者在SNCR温度窗口内的停留时间不够，都会影响脱硝效率。在水泥回转窑分解炉实施时，部分炉型存在适合脱硝反应的空间小、还原剂在适合脱硝温度区间的停留时间有限、脱硝反应进行不充分的问题，降低了脱硝效率，增加了氨逃逸，影响到水泥生产的安全性，造成了二次排放，因此实践中需要解决这一问题。

发明内容

针对SNCR脱硝技术在水泥回转窑分解炉实施时存在的温度窗口和停留时间限制的问题，本发明提出了一种用于水泥回转窑氮氧化物控制的SNCR脱硝装置和方法。本发明选用尿素为脱硝还原剂，通过在尿素溶液中添加一定比例的添加剂（Na₂CO₃溶液或过氧化氢溶液），对脱硝还原剂进行改性，提高脱硝还原剂的脱硝活性，增强SNCR技术的脱硝性能。

本发明所述的一种用于水泥回转窑氮氧化物控制的SNCR脱硝装置的结构如下：

所述的装置包括还原剂制备和存储系统、还原剂喷射系统和控制系统；还原剂制备和存储系统包括尿素储存间、斗提机、尿素溶解罐、添加剂储罐、第一个输送泵、第二个输送泵、计量装置和改性还原剂储罐；还原剂喷射系统包括加压泵和喷枪；控制系统包括第一个流量计、第二个流量计、第一个流量计控制器和第二个流量计控制器；

尿素储存间由管道通过斗提机和尿素溶解罐相连；计量装置和添加剂储罐相连，添加剂储罐通过第二个流量计和第二个输送泵与尿素溶解罐相连；尿素溶解罐通过第一个流量计和第一个输送泵与改性还原剂储罐相连；改性还原剂储罐通过加压泵和喷枪相连；第一个流量计和第二个流量计均与流量计控制器相连；

所述的喷枪布置在水泥回转窑的分解炉燃烧区之后（按烟气流向计）温度最接近1100℃的位置，喷枪布置为一层或多层，每层沿截面周向均匀布置3-6只喷枪；

水泥回转窑的分解炉出口处安装NO_x在线检测仪表。

本发明所述的一种利用上述用于水泥回转窑氮氧化物控制的SNCR脱硝装置进行水泥回转窑氮氧化物控制的SNCR脱硝方法如下：

袋装尿素颗粒储存于尿素储存间，由斗提机输送到尿素溶解罐内，用去离子水将尿素颗粒溶解成质量分数在20%~60%的尿素溶液；添加剂选用Na₂CO₃或H₂O₂，按照添加剂与尿素的摩尔比在1：3~15的比例确定添加剂的添加量；用计量装置对添加剂按照实际需要的量计量后，在添加剂储罐中用去离子水溶解或稀释，再由第二个流量计计量后通过第二个输送泵输送到尿素溶解罐和尿素溶液混匀形成改性尿素溶液；改性尿素溶液通过第一个流量计计量后由第一个输送泵输送到改性还原剂储罐中储存；或者将添加剂溶液直接与尿素溶液在尿素溶解罐后的管道内在线混配，制成改性尿素溶液，然后输送到改性还原剂储罐中储存；改性尿素溶液通过加压泵加压后由喷枪的雾化喷嘴以雾化状态喷入分解炉内；

添加剂与尿素的混合比例以及改性尿素溶液中氮元素的物质的量与分解炉烟气中氮氧化物的物质的量的比例根据分解炉内改性尿素溶液的喷射位置及其下游的温度分布和烟气流速、分解炉出口NO_x浓度监测值确定；改性尿素溶液的流量根据改性尿素溶液中氮元素的物质的量与分解炉烟气中氮氧化物的物质的量的比例和烟气流量计算确定；由计量装置计算出添加剂的使用量，再通过流量计控制器控制流量计的开度，来完成改性尿素溶液的制备并控制改性尿素溶液的喷射。

本发明的有益效果为：

1、利用添加剂对还原剂进行改性，提高了还原剂的脱硝活性，降低了SNCR脱硝反应的温度窗口，缩短了反应时间，增强了SNCR技术的脱硝性能，减少了氨逃逸；

2、还原剂制备系统简单、控制方便；选用尿素为还原剂，选用Na₂CO₃或H₂O₂作为添加剂，经济安全；

3、不影响分解炉的运行，不受水泥生产工艺的限制，同时对水泥的生产质量没有影响。

附图说明

图1是喷枪和NO_x在线检测仪表在水泥回转窑中的安装位置示意图；

图2是本发明的用于水泥回转窑氮氧化物控制的SNCR脱硝方法的装置结构和流程图；

图中的标号分别是：

1、水泥回转窑，2、分解炉，3、喷枪，4、尿素储存间，5、斗提机，6、尿素溶解罐，7、第一个流量计，8、第一个输送泵，9、改性还原剂储罐，10、加压泵，11、流量计控制器，12、添加剂储罐，13、计量装置，14、NO_X在线监测仪表，15、第二个流量计，16、第二个输送泵

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本发明做进一步说明：

如图1和图2所示，本发明所述的用于水泥回转窑氮氧化物控制的SNCR脱硝装置的结构如下：

尿素储存间4由管道通过斗提机5和尿素溶解罐6相连；计量装置13和添加剂储罐12相连，添加剂储罐12通过第二个流量计15和第二个输送泵16与尿素溶解罐6相连；尿素溶解罐6通过第一个流量计7和第一个输送泵8与改性还原剂储罐9相连；改性还原剂储罐9通过加压泵10和喷枪3相连；第一个流量计7和第二个流量计15均与流量计控制器11相连；

所述的喷枪3布置在水泥回转窑1的分解炉2燃烧区之后（按烟气流向计）温度最接近1100℃的位置，喷枪布置为一层或多层，每层沿截面周向均匀布置3-6只喷枪；

水泥回转窑1的分解炉2的出口处安装NO_x在线检测仪表14。

实施例1：

袋装尿素颗粒储存于尿素储存间4，由斗提机5输送到尿素溶解罐6内，用去离子水将尿素颗粒溶解成质量分数在20%~60%的尿素溶液；添加剂选用Na₂CO₃，按照Na₂CO₃与尿素的摩尔比在1：5的比例确定添加剂的添加量；用计量装置13对添加剂按照实际需要的量计量后，在添加剂储罐12中用去离子水溶解成质量分数为40%的Na₂CO₃溶液，再由第二个流量计15计量后通过第二个输送泵16输送到尿素溶解罐6和尿素溶液混匀形成改性尿素溶液；改性尿素溶液通过第一个流量计7计量后由第一个输送泵8输送到改性还原剂储罐9中储存；或者将添加剂溶液直接与尿素溶液在尿素溶解罐6后的管道内在线混配，制成改性尿素溶液，然后输送到改性还原剂储罐9中储存；改性尿素溶液通过加压泵10加压后由喷枪3的雾化喷嘴以雾化状态喷入分解炉2内；

其中，喷枪3布置在水泥回转窑1的分解炉2燃烧区之后（按烟气流向计）10米的位置，温度900℃；未使用添加剂时，由于喷射和反应区温度较低，在改性尿素溶液中氮元素的物质的量与分解炉烟气中氮氧化物的物质的量的比例为1.8的情况下仅实现38%的脱硝效率，氨逃逸为40 ppm；当使用质量分数为40%的Na₂CO₃溶液作为添加剂，按Na₂CO₃与尿素的摩尔比为1:5的比例与尿素溶液掺混形成改性尿素溶液，采用所述的改性尿素溶液后脱硝效率提高至62%，氨逃逸降低至3ppm。

实施例2：

袋装尿素颗粒储存于尿素储存间4，由斗提机5输送到尿素溶解罐6内，用去离子水将尿素颗粒溶解成质量分数在20%~60%的尿素溶液；添加剂选用H₂O₂，按照H₂O₂与尿素的摩尔比在1：5的比例确定添加剂的添加量；用计量装置13对添加剂按照实际需要的量计量后，在添加剂储罐12中用去离子水稀释成质量分数为30%的H₂O₂溶液，再由第二个流量计15计量后通过第二个输送泵16输送到尿素溶解罐6和尿素溶液混匀形成改性尿素溶液；改性尿素溶液通过第一个流量计7计量后由第一个输送泵8输送到改性还原剂储罐9中储存；或者将添加剂溶液直接与尿素溶液在尿素溶解罐6后的管道内在线混配，制成改性尿素溶液，然后输送到改性还原剂储罐9中储存；改性尿素溶液通过加压泵10加压后由喷枪3的雾化喷嘴以雾化状态喷入分解炉2内；

其中，喷枪3布置于分解炉2燃烧区之后（按烟气流向计）10米的位置，温度900℃，未使用添加剂时，由于喷射和反应区温度较低，在改性尿素溶液中氮元素的物质的量与分解炉烟气中氮氧化物的物质的量的比例为1.8的情况下仅实现38%的脱硝效率，氨逃逸为40 ppm；当使用质量分数为30%的H₂O₂溶液作为添加剂，按H₂O₂与尿素的摩尔比为1:5的比例与尿素溶液形成改性尿素溶液，采用所述的改性尿素溶液后脱硝效率提高至68%，氨逃逸降低至2ppm。

Claims

1.一种用于水泥回转窑氮氧化物控制的选择性非催化还原脱硝方法，该方法使用的装置包括还原剂制备和存储系统、还原剂喷射系统和控制系统；还原剂制备和存储系统包括尿素储存间、斗提机、尿素溶解罐、添加剂储罐、第一个输送泵、第二个输送泵、计量装置和改性还原剂储罐；还原剂喷射系统包括加压泵和喷枪；控制系统包括第一个流量计、第二个流量计、第一个流量计控制器和第二个流量计控制器；尿素储存间由管道通过斗提机和尿素溶解罐相连；计量装置和添加剂储罐相连，添加剂储罐通过第二个流量计和第二个输送泵与尿素溶解罐相连；尿素溶解罐通过第一个流量计和第一个输送泵与改性还原剂储罐相连；改性还原剂储罐通过加压泵和喷枪相连；第一个流量计和第二个流量计均与流量计控制器相连；所述的喷枪布置在分解炉燃烧区之后温度最接近1100℃的位置；所述的喷枪布置为一层或多层，每层沿截面周向均匀布置3-6只喷枪；水泥回转窑的分解炉出口处安装NO_x在线检测仪表，其特征在于，所述的方法如下：

袋装尿素颗粒储存于尿素储存间，由斗提机输送到尿素溶解罐内，用去离子水将尿素颗粒溶解成尿素溶液；按照添加剂与尿素的摩尔比在1：3～15的比例确定添加剂的添加量；用计量装置对添加剂按照实际需要的量计量后，在添加剂储罐中用去离子水溶解或稀释，再由第二个流量计计量后通过第二个输送泵输送到尿素溶解罐和尿素溶液混匀形成改性尿素溶液；改性尿素溶液通过第一个流量计计量后由第一个输送泵输送到改性还原剂储罐中储存；或者将添加剂溶液直接与尿素溶液在尿素溶解罐后的管道内在线混配，制成改性尿素溶液，然后输送到改性还原剂储罐中储存；改性尿素溶液通过加压泵加压后由喷枪的雾化喷嘴以雾化状态喷入分解炉内；

添加剂与尿素的混合比例以及改性尿素溶液中氮元素的物质的量与分解炉烟气中氮氧化物的物质的量的比例根据分解炉内改性尿素溶液的喷射位置及其下游的温度分布和烟气流速、分解炉出口NO_x浓度监测值确定；改性尿素溶液的流量根据改性尿素溶液中氮元素的物质的量与分解炉烟气中氮氧化物的物质的量的比例和烟气流量计算确定；由计量装置计算出添加剂的使用量，再通过流量计控制器控制流量计的开度，来完成改性尿素溶液的制备并控制改性尿素溶液的喷射；

所述的添加剂为H₂O₂。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的尿素溶液的质量分数为20％～60％。