CN104801171B

CN104801171B - 一种利用有机/氨氮废液的sncr烟气脱硝方法及装置

Info

Publication number: CN104801171B
Application number: CN201510232614.7A
Authority: CN
Inventors: 王凡; 田刚; 朱金伟; 刘宇; 王洪昌; 张凡
Original assignee: Chinese Research Academy of Environmental Sciences
Current assignee: Chinese Research Academy of Environmental Sciences
Priority date: 2015-05-08
Filing date: 2015-05-08
Publication date: 2017-07-18
Anticipated expiration: 2035-05-08
Also published as: CN104801171A

Abstract

本发明提供了一种利用有机/氨氮废液的SNCR烟气脱硝方法及装置。脱硝方法包括将有机/氨氮废液喷射入水泥窑分解炉的高温区的步骤；所述高温区是水泥窑分解炉内温度在860‑980℃范围内区域。还包括调节有机/氨氮废液中有机物或氨氮的质量浓度的步骤；以及对有机/氨氮废液进行过滤的步骤。脱硝装置包括还原剂储罐、还原剂调节罐、加压泵、还原剂分配器、喷枪，以及混合器和过滤器组等。本发明的脱硝方法利用有机/氨氮废液作为还原剂，将氮氧化物还原生成无害的氮气和水等，达到以废治废的目的，并节省了有机/氨氮废液处理所需要的工艺和费用。脱硝效率达到42％及以上。同时，采用的还原剂成本低，降低了脱硝运行成本。

Description

一种利用有机/氨氮废液的SNCR烟气脱硝方法及装置

技术领域

本发明涉及烟气脱硝方法及装置技术领域，尤其涉及一种利用有机/氨氮废液的SNCR烟气脱硝方法及装置。

背景技术

我国是世界上最大的水泥生产和消费国，2012年我国水泥产量达18.68亿吨，占世界总产量的60％以上，带来严重的大气污染问题。统计表明2012年全国水泥工业排放的NOx达358万吨，污染非常严重。

水泥窑氮氧化物的控制方法主要有低氮燃烧及烟气脱硝技术。低氮燃烧技术是利用燃烧过程中控制NOx排放的方法，采用低氮燃烧技术后水泥窑尾排放废气的NOx浓度在850mg/m³以上，要达到较好的NOx控制效果，还需要进一步进行控制。

烟气脱硝技术主要有选择性催化还原(SCR)和选择性非催化还原(SNCR)烟气脱硝两种方法。由于水泥窑尾结构紧密、很难选择有效的SCR烟气脱硝温度窗口；同时窑尾烟气中颗粒物浓度高，容易引起催化剂堵塞或“中毒”，不适于采用烟气脱硝催化剂。因此国外开发水泥窑尾SCR烟气脱硝的成果较少，仅德国、韩国等有少量应用成果的报导，国内还没有这方面的应用。SNCR烟气脱氮技术与SCR技术不同，不需要催化剂，采用氨气或尿素作为还原剂，在870-1150℃范围内将烟气中的NOx还原剂为N₂。目前国内外水泥工业在新型干法生产线上主要采用选择性非催化还原(SNCR)控制NOx排放。美国国家环保局(EPA)专门将SNCR列为水泥窑尾烟气脱硝的最佳可行技术(BAT)。SNCR烟气脱硝还原剂大多采用氨水和尿素作为还原剂，在分解炉中下部喷入氨水或尿素溶液，在900-1100℃温度窗口内，使之与烟气中的NOx反应，使其还原成氮气和水。SNCR法装置简单，NOx脱除效率最高可达60％左右，NH₃的有效利用率约50％。与SCR烟气脱硝相比，SNCR投资及运行费用低、系统工艺简单、操作方便、占地面积小等优点。

我国绝大多数的水泥窑已安装SNCR法装置，NOx脱除效率可达50％左右，NH₃的有效利用率约为70％。但是，现有的SNCR脱硝技术主要是利用氨、氨水或尿素等作为还原剂与氮氧化物反应生成氮气和水，脱硝运行成本高。而且存在脱硝效率较低，氨逃逸率高等技术问题，这造成了大量农用化肥资源的浪费。因此，亟待研发出一种能够替代现有的氨、氨水或尿素等还原剂的还原剂，以解决现有SNCR脱硝技术存在的技术问题。

发明内容

针对现有技术的上述缺陷和问题，本发明的目的是提供一种利用有机/氨氮废液的SNCR烟气脱硝方法及装置。本发明采用有机/氨氮废液代替现有的氨水/尿素，降低了脱硝运行成本，并达到以废治废，节省废液治理费用。解决了现有SNCR烟气脱硝方法存在脱硝运行成本高，且造成大量农用化肥资源的浪费的技术问题。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种利用有机/氨氮废液的SNCR烟气脱硝方法，包括将有机/氨氮废液喷射入水泥窑分解炉的高温区的步骤；所述高温区指的是水泥窑分解炉内温度在860-980℃范围内的区域。

本发明中，所述有机/氨氮废液指的是含有有机物和/或氨氮的液态废弃物。具体地，所述有机/氨氮废液可以为有机/氨氮废水、垃圾渗滤液或者活性污泥等。其中，所述有机/氨氮废水可以为焦化废水、食品加工/酿造行业废水、屠宰废水或者化工废水等。

进一步地，所述有机/氨氮废液在喷射入水泥窑分解炉的高温区之前，还包括调节有机/氨氮废液中有机物和/或氨氮的质量浓度的步骤。

进一步地，喷射入水泥窑分解炉的高温区的所述有机/氨氮废液中有机物和/或氨氮的质量浓度不低于3％。

进一步地，喷射入水泥窑分解炉的高温区的所述有机/氨氮废液中有机物和/或氨氮的质量浓度在3％-5％范围内。

进一步地，采用除盐水、氨水或者尿素溶液等调节剂，调节有机/氨氮废液中有机物和/或氨氮到至合理范围内，例如，3％-5％的质量浓度范围内。具体地，当有机物和/或氨氮的质量浓度高时，采用除盐水对其进行稀释其浓度至3％-5％的质量浓度范围内；当有机物和/或氨氮的质量浓度低时，采用氨水或者尿素溶液增加其浓度至3％-5％的质量浓度范围内。

进一步地，采用喷枪将有机/氨氮废液喷射入水泥窑分解炉的高温区，控制进入喷枪的有机/氨氮废液入口压力为0.35-0.45MPa，进入喷枪的压缩空气压力为0.40-0.50MPa。

进一步地，所述有机/氨氮废液的喷入量与所述水泥窑分解炉内烟气量的体积比值为1×10^-6-1×10^-5，脱硝效率可达到42％及以上，成本低。

进一步地，所述有机/氨氮废液在喷射入水泥窑分解炉的高温区前还包括对有机/氨氮废液进行过滤的步骤。

进一步地，采用过滤器对有机/氨氮废液进行过滤，所述过滤器的通过粒径不高于3mm。即喷射入水泥窑分解炉的高温区内的所述有机/氨氮废液中颗粒物的粒径不大于3mm。

进一步地，喷射入水泥窑分解炉的高温区的所述有机/氨氮废液中颗粒物的体积浓度不高于30％。根据有机/氨氮废液中固体颗粒物的粒径范围及含量，选择合适通过粒径的过滤器，实现喷射入水泥窑分解炉的高温区的所述有机/氨氮废液中颗粒物的体积浓度不高于30％的目的。

进一步地，所述高温区指的是水泥窑分解炉内温度在900-950℃范围内的区域。

本发明的一种利用有机/氨氮废液的SNCR烟气脱硝装置，包括还原剂储罐、还原剂调节罐、加压泵、还原剂分配器和喷枪，所述还原剂储罐的出口与所述还原剂分配器的入口通过还原剂管道连接，所述还原剂分配器的各出口与所述喷枪的入口连接，所述喷枪的出口设置在水泥窑分解炉的还原剂入口位置；所述还原剂调节罐的出口连接至所述还原剂管道上，将所述还原剂调节罐内的调节剂输送至还原剂管道内，调节还原剂的有机物/氨氮含量；所述加压泵连接在所述还原剂管道上；所述水泥窑分解炉的还原剂入口的位置开设在水泥窑分解炉内温度在860-980℃范围内的区域的水泥窑分解炉的侧壁上。

进一步地，还包括混合器，所述混合器连接在还原剂管道上，所述还原剂调节罐的出口与所述混合器连通。还原剂调节罐内的调节剂输送至混合器内，与还原剂储罐内输出的还原剂混合，混合均匀后的还原剂再输送至还原剂分配器。

具体地，所述混合器采用静态混合器。

进一步地，还包括过滤器组，所述过滤器组的入口与所述还原剂储罐的出口连接，所述过滤器组的出口与所述还原剂管道连接。对进入还原剂分配器或者混合器的还原剂进行过滤，控制还原剂中的颗粒粒径以及浓度在合理范围内。

进一步地，所述过滤器组的通过粒径不高于3mm。

进一步地，还包括调节剂加压泵，所述调节剂加压泵设置在所述还原剂调节罐与所述还原剂管道连通的管道上。对调节剂进行加压，保证混合后的还原剂的压力在合适范围内。

本发明的利用有机/氨氮废液的SNCR烟气脱硝方法，利用高浓度难降解的有机/氨氮废水(包括焦化废水、化工废水等)、垃圾渗滤液、活性污泥等有机/氨氮废液作为还原剂，在温度为860-980℃范围内的水泥窑分解炉温度窗口处，向水泥窑分解炉内喷射，最终将氮氧化物还原生成氮气、二氧化碳、水等。脱硝效率达到42％及以上，达到现有的利用氨、氨水或尿素等作为还原剂的SNCR烟气脱硝方法达到的脱硝效率。涉及的化学方程式有：

CHx+NO→N₂+CO₂+H₂O

NH_y+NO→N₂+H₂O

环境统计年报资料显示，2012年我国工业废水排放量221.6亿吨，化学需氧量排放量338.5万吨，氨氮排放量26.4万吨。废水中含有极难治理高毒性的酚、氰、氨氮、焦油、苯并芘(a)、SS、高盐等物质，已成为水污染控制的难题，严重影响水环境质量。而本发明的利用有机/氨氮废液的SNCR烟气脱硝方法则利用上述的有机/氨氮废液作为还原剂，最终将氮氧化物还原生成无害的氮气和水等，达到以废治废的目的，并节省了有机/氨氮废液处理所需要的工艺和费用。同时，采用的有机/氨氮废液代替现有的氨水/尿素，成本低，降低了脱硝运行成本，节约了农用化肥资源。

本发明的利用有机/氨氮废液的SNCR烟气脱硝装置结构简单，布局合理。针对本发明的利用有机/氨氮废液的SNCR烟气脱硝方法设置了还原剂调节罐合过滤器组，以保证有机/氨氮废液中有机物和/或氨氮的质量浓度控制在合理范围内，例如，3％-5％质量浓度范围内。

附图说明

图1是本发明的利用有机/氨氮废液的SNCR烟气脱硝装置的结构示意图；

图2是本发明实施例2的SNCR烟气脱硝装置中还原剂储罐和过滤器组的局部放大结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明的实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种利用有机/氨氮废液的SNCR烟气脱硝方法，包括将有机/氨氮废液喷射入水泥窑分解炉的高温区的步骤；所述高温区指的是水泥窑分解炉内温度在860-980℃范围内的区域。其中，所述高温区指的是水泥窑分解炉内温度优选为在900-950℃范围内的区域。控制所述有机/氨氮废液的喷入量与所述水泥窑分解炉内烟气量的体积比值为1×10^-6-1×10^-5。具体地，采用喷枪将有机/氨氮废液喷射入水泥窑分解炉的高温区，控制进入喷枪的有机/氨氮废液入口压力为0.35-0.45MPa，进入喷枪的压缩空气压力为0.40-0.50MPa。

本实施例1中，所述有机/氨氮废液指的是含有有机物和/或氨氮的液态废弃物。具体地，所述有机/氨氮废液可以为有机/氨氮废水、垃圾渗滤液或者活性污泥等。其中，所述有机/氨氮废水可以为焦化废水或者化工废水等。

由于采用的有机/氨氮废液是各种工业废液，其中的有机物和/或氨氮的质量浓度不一，为了保证喷射入水泥窑分解炉的高温区的还原剂能够最大程度地与烟气中的含氮废气反应，因此，所述有机/氨氮废液在喷射入水泥窑分解炉的高温区之前，还包括调节有机/氨氮废液中有机物和/或氨氮的质量浓度的步骤；并控制喷射入水泥窑分解炉的高温区的所述有机/氨氮废液中有机物和/或氨氮的质量浓度不低于3％。当然，有机物和/或氨氮的质量浓度也不适宜过高，过高的话，不能全部参与脱硝反应，与烟气一起排出，反而造成二次污染。因此，将喷射入水泥窑分解炉的高温区的所述有机/氨氮废液中有机物和/或氨氮的质量浓度控制在3％-5％范围内最好。具体地，采用除盐水、氨水或者尿素溶液等调节剂，调节有机/氨氮废液中有机物和/或氨氮的质量浓度。具体地，当有机物和/或氨氮的质量浓度高时，采用除盐水对其进行稀释至3％-5％；当有机物和/或氨氮的质量浓度低时，采用氨水或者尿素溶液增加其浓度至3％-5％范围内。

由于采用的有机/氨氮废液是各种工业废液，其中含有一定的颗粒物，这些颗粒物会造成喷射用喷枪阻塞，影响使用，而且对脱硝反应也存在一定的负面影响，因此，在所述有机/氨氮废液在喷射入水泥窑分解炉的高温区前还包括对有机/氨氮废液进行过滤的步骤。具体地，采用过滤器对有机/氨氮废液进行过滤，所述过滤器的通过粒径为3mm。即喷射入水泥窑分解炉的高温区内的所述有机/氨氮废液中颗粒物的粒径不大于3mm。并控制喷射入水泥窑分解炉的高温区的所述有机/氨氮废液中颗粒物的体积浓度不高于30％。满足喷射入水泥窑分解炉的高温区的有机/氨氮废液的要求。

实施例2

结合图1所示，说明完成上述实施例1的利用有机/氨氮废液的SNCR烟气脱硝方法的脱硝装置，包括还原剂储罐5、过滤器组6、加压泵8、还原剂分配器10、雾化喷枪11、还原剂调节罐14和混合器16(优选静态混合器)，所述还原剂储罐5的出口所述过滤器组6的入口连接，所述过滤器组6的出口与所述加压泵8的入口连接，所述加压泵8的出口与所述还原剂分配器10的入口通过还原剂管道9连接，所述还原剂分配器10的各出口与所述雾化喷枪11的入口连接，所述雾化喷枪11的出口设置在水泥窑分解炉12的还原剂入口位置；所述水泥窑分解炉12的还原剂入口的位置开设在水泥窑分解炉内温度在860-980℃范围内的区域的水泥窑分解炉12的侧壁上。所述混合器16连接在还原剂管道9上，所述还原剂调节罐14的出口与所述混合器16连通。所述压缩空气罐13与雾化喷枪11连接，压缩空气将还原剂雾化并喷入水泥窑分解炉12与烟气均匀混合。

所述还原剂储罐5用于储存有机/氨氮废液，所述有机/氨氮废液在所述加压泵8的作用下，流入过滤器组6，过滤后，进入混合器16。当有机/氨氮废液中有机物和/或氨氮的质量浓度不合适时，还原剂调节罐14将其内的调节剂充入混合器16中，有机/氨氮废液与调节剂在混合器16中混合均匀后经还原剂管道9流入还原剂分配器10，然后进入雾化喷枪11中，经雾化后喷射入水泥窑分解炉12的高温区内。

为了保证进入雾化喷枪11中的还原剂的压力，在还原剂调节罐14与混合器16连接的管道上接入调节剂加压泵15。保证有机/氨氮废液与调节剂混合后的还原剂的压力在合适的范围内。

所述还原剂调节罐14中储存的是除盐水稀释调节剂，和氨水或者尿素溶液增加浓度调节剂。依据实际需要选择输出的调节剂的具体种类，调节有机/氨氮废液中有机物和/或氨氮的总质量浓度至3％-5％范围内。

所述过滤器组6选择通过粒径不高于3mm的过滤器组成。

在实际工程操作中，一般采用废水罐车1将有机/氨氮废液运输至水泥窑脱硝还原剂储存车间2，经初级过滤器3通过废水卸载泵4将废水加入还原剂储罐5中。其中，水泥窑脱硝还原剂储存车间2为一封闭空间，内部布置废水卸载泵4、还原剂储罐5、过滤器组6和加压泵8等。

本实施例2中的还原剂储罐5和过滤器组6的局部放大结构示意图，如图2所示。在还原剂储罐5的下部开设了排污阀7，以定期清除残余废渣。并且在过滤器组6中的各过滤器的入口和出口处各设置了截止阀。

本实施例2中的雾化喷枪11采用压缩空气作为雾化载体，如图1中所示的与雾化喷枪11连接的压缩空气储罐13。

实施例3

利用实施例2的脱硝装置，采用实施例1的利用有机/氨氮废液的SNCR烟气脱硝方法，进行试验测试脱硝效率。具体如下：采用烟气量为3500Nm³/h的燃烧系统模拟水泥窑分解炉进行废水SNCR烟气脱硝试验，有机废水为丙烯酸化工废水，其总有机碳含量4.09％，总碳含量为4.17％。烟气流量为3510m³/h，NOx浓度为68ppm。丙烯酸化工有机废水喷射入水泥窑分解炉的880℃高温区，丙烯酸化工有机废水用量为5.5L/h。烟气脱硝后NOx浓度为38ppm，脱硝效率达45％。

本实施例3中，丙烯酸化工废水的喷入量与所述水泥窑分解炉内烟气量的体积比为0.0016﹕1000，即体积比值为1.6×10^-6。

实施例4

利用实施例2的脱硝装置，采用实施例1的利用有机/氨氮废液的SNCR烟气脱硝方法，进行试验测试脱硝效率。具体如下：在1台2500t/d水泥回转窑上进行SNCR烟气脱硝，利用制药废水作为还原剂，废水COD含量18000ppm，有机碳含量为1.5％、氨氮含量为0.16％。分解炉烟气流量为256800m³/h，含氧量为10.1％，脱硝前NOx浓度为735mg/m³。制药废水喷入点温度为920℃，烟气脱硝后NOx浓度为418mg/m³，O₂含量为10.2％，废水用量约为2.19m³/h，脱硝效率达到43.2％。

本实施例4中，制药废水的喷入量与所述水泥窑分解炉内烟气量的体积比为0.009﹕1000，即体积比值为9×10^-6。

实施例5

利用实施例2的脱硝装置，采用实施例1的利用有机/氨氮废液的SNCR烟气脱硝方法，进行试验测试脱硝效率。具体如下：采用含肼的化工废水作为还原剂，在1台2500t/d水泥回转窑上进行SNCR烟气脱硝，废水中有机碳含量为1.8％、氨氮含量为0.5％，通过向废水中补充20％的氨水使有机碳含量达1.5％、氨氮含量达3.5％。分解炉烟气流量为280700m³/h，含氧量为12.5％,脱硝前NOx浓度为650mg/m³。废水喷入点温度为890℃，烟气脱硝后NOx浓度为380mg/m³，O₂含量为12.6％，废水用量约为1120L/h，脱硝效率达到42％。节省20％的氨水用量210L/h。

本实施例5中，含肼的化工废水的喷入量与所述水泥窑分解炉内烟气量的体积比为0.004﹕1000，即体积比值为4×10^-6。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种利用有机/氨氮废液的SNCR烟气脱硝方法，其特征在于：包括将有机/氨氮废液喷射入水泥窑分解炉的高温区的步骤；所述高温区指的是水泥窑分解炉内温度在860-980℃范围内的区域；所述有机/氨氮废液是指有机物和氨氮的液态废弃物；

所述有机/氨氮废液在喷射入水泥窑分解炉的高温区之前，还包括调节有机/氨氮废液中有机物和氨氮的质量浓度的步骤，调节喷入水泥窑分解炉内的废液中有机物和氨氮的总质量浓度控制在3％-5％范围内；

所述有机/氨氮废液的喷入量与所述水泥窑分解炉内烟气量的体积比值为1×10^-6-1×10^-5；

采用喷枪将有机/氨氮废液喷射入水泥窑分解炉的高温区，控制进入喷枪的有机/氨氮废液入口压力为0.35-0.45MPa，进入喷枪的压缩空气压力为0.40-0.50MPa。

2.一种利用有机/氨氮废液的SNCR烟气脱硝装置，其特征在于：包括还原剂储罐、还原剂调节罐、加压泵、还原剂分配器、喷枪，所述还原剂储罐的出口与所述还原剂分配器的入口通过还原剂管道连接，所述还原剂分配器的各出口与所述喷枪的入口连接，所述喷枪的出口设置在水泥窑分解炉的还原剂入口位置；所述还原剂调节罐的出口连接至所述还原剂管道上，将所述还原剂调节罐内的调节剂输送至还原剂管道内，调节还原剂的有机物/氨氮含量；所述加压泵连接在所述还原剂管道上；所述水泥窑分解炉的还原剂入口的位置开设在水泥窑分解炉内温度在860-980℃范围内的区域的水泥窑分解炉的侧壁上；

还包括混合器，所述混合器连接在还原剂管道上，所述还原剂调节罐的出口与所述混合器连通；

所述有机/氨氮废液是指有机物和氨氮的液态废弃物。

3.根据权利要求2所述的一种利用有机/氨氮废液的SNCR烟气脱硝装置，其特征在于：还包括过滤器组，所述过滤器组的入口与所述还原剂储罐的出口连接，所述过滤器组的出口与所述还原剂管道连接。

4.根据权利要求2所述的一种利用有机/氨氮废液的SNCR烟气脱硝装置，其特征在于：还包括调节剂加压泵，所述调节剂加压泵设置在所述还原剂调节罐与所述还原剂管道连通的管道上。