CN105080315A - 用于干法水泥窑的烟气脱硝系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于干法水泥窑的烟气脱硝系统，包括分解炉和SNCR脱硝装置；还包括：天然气燃烧器，其用于向所述分解炉内提供CO；控制器，所述控制器判断所述SNCR脱硝装置的脱硝参量超标时，开启所述天然气燃烧器，并控制天然气在所述天然气燃烧器内不完全燃烧以生成CO。该系统在煤种变化或炉窑工况调整时，仍能够保证脱硝效果，确保窑尾NOx排放和氨逃逸满足排放标准。
Description
技术领域
本发明涉及烟气净化技术领域，特别是涉及一种用于干法水泥窑的烟气脱硝系统。
背景技术
随着我国水泥行业的快速发展，水泥行业的氮氧化物排放仅次于火电和机动车行业，因此水泥行业的氮氧化物减排在我国氮氧化物总排量控制中占有重要地位。
目前，干法水泥窑的烟气脱硝工艺多采用SNCR(SelectiveNon-CatalyticReduction，选择性非催化还原)工艺(多数采用氨水作为还原剂)，有时辅以空气分级燃烧或燃料分级燃烧等低氮燃烧技术。
其中，SNCR工艺与烟气温度紧密相关，其最佳温度反应窗为850℃～950℃，实际应用中，随着煤种变化及燃烧工艺调整，喷枪注入点经常会偏离此温度区间，导致脱硝效率大幅下降，氨水有效利用率降低，窑尾NOx排放及氨逃逸增加；另外，空气分级燃烧或燃料分级燃烧在实际操作中同样受煤种变化及燃烧工艺调整的影响，很难实现最佳效果。
有鉴于此，在煤种变化或炉窑工况调整时，如何确保干法水泥窑窑尾NOx排放和氨逃逸满足排放标准，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于干法水泥窑的烟气脱硝系统，该系统在煤种变化或炉窑工况调整时，仍能够保证脱硝效果，确保窑尾NOx排放和氨逃逸满足排放标准。
为解决上述技术问题，本发明提供一种用于干法水泥窑的烟气脱硝系统，包括分解炉和SNCR脱硝装置；还包括：
天然气燃烧器，其用于向所述分解炉内提供CO；
控制器，所述控制器判断所述SNCR脱硝装置的脱硝参量超标时，开启所述天然气燃烧器，并控制天然气在所述天然气燃烧器内不完全燃烧以生成CO。
如上，本发明提供的烟气脱硝系统增设了天然气燃烧器，天然气的主要成分为甲烷，控制其不完全燃烧可生成CO，CO为还原性气体，能够将NOx还原成N2实现脱硝作用；同时，CO的存在可以扩大原有SNCR脱硝装置的最佳温度反应窗，经研究表明，可将所述最佳温度反应窗由原先的850℃～950℃扩大至800℃～1100℃(以还原剂为氨水为例说明)，从而提高SNCR脱硝装置的还原剂的有效利用率，降低窑尾氨逃逸率，并降低窑尾NOx排放；工作时，因煤种变化或炉窑工况调整等情况导致原有SNCR脱硝装置的脱硝效率下降时，通过控制器的判断控制，可开启天然气燃烧器，控制天然气不完全燃烧以向分解炉内提供还原性气体CO，以保证系统的脱硝效率，确保NOx排放和氨逃逸满足相关排放标准。此外，天然气燃烧产生的热量最终在分解炉内利用，还可减少燃煤用量，提高经济性。
可选地，还包括：
三次风管道，其通过第三支管与所述天然气燃烧器连接，所述第三支管上设有调节风门和风量计；
与所述天然气燃烧器连接的天然气管道，所述天然气管道上设有天然气调节阀和天然气流量计；
所述控制器通过控制所述调节风门和所述天然气调节阀的启闭来控制所述天然气燃烧器的启闭；
所述控制器还根据所述天然气流量计和所述风量计的反馈分别调节所述天然气调节阀和所述调节风门的开度，以使天然气在所述天然气燃烧器内不完全燃烧。
可选地，所述脱硝参量为所述SNCR脱硝装置的喷枪喷射区的温度和所述SNCR脱硝装置的还原剂流量，两项参量都超标时，开启所述天然气调节阀和所述调节风门。
可选地，所述脱硝参量为所述SNCR脱硝装置的喷枪喷射区的温度、所述SNCR脱硝装置的还原剂流量、窑尾NOx排放浓度和窑尾氨逃逸率，四项参量都超标时，开启所述天然气调节阀和所述调节风门。
可选地，所述喷枪喷射区的温度通过设于所述喷枪处的温度检测件检测。
可选地，所述SNCR脱硝装置的还原剂流量通过设于还原剂管道的还原剂流量计检测。
可选地，所述窑尾NOx排放浓度通过设于窑尾的烟气监测仪检测。
可选地，所述窑尾氨逃逸率通过设于窑尾的氨逃逸分析仪检测。
可选地，所述天然气燃烧器的出口与设于所述分解炉内的喷嘴连接；沿烟气流动方向，所述喷嘴布置于所述分解炉内氧化区的上游。
可选地，所述喷嘴具体布置于所述分解炉内氧化区和还原区的交界处。
附图说明
图1为本发明所提供烟气脱硝系统一种具体实施例的结构示意图。
图1中部件名称与附图标号之间的一一对应关系如下所示：
回转窑11，分解炉12，第一炉体121，第二炉体122；
三次风管道20，第一支管21，第二支管22，第三支管23，调节风门231，风量计232；
天然气燃烧器30，天然气管道31，天然气调节阀311，天然气流量计312，喷嘴32；
氨水管道40，氨水流量计41，喷枪42，温度检测件421；
控制器50，烟气监测仪60，氨逃逸分析仪70。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种用于干法水泥窑的烟气脱硝系统，该系统在煤种变化或炉窑工况调整时，仍能够保证脱硝效果，确保窑尾NOx排放和氨逃逸满足排放标准。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
请参考图1，图1为本发明所提供烟气脱硝系统一种具体实施例的结构示意图。
该实施例中，用于干法水泥窑的烟气脱硝系统包括回转窑11和设于回转窑11窑尾烟室上方的分解炉12。
该烟气脱硝系统包括SNCR脱硝装置，不失一般性，下文以氨水作为SNCR脱硝装置的还原剂进行介绍，可以理解，实际中，SNCR脱硝装置的还原剂还可以为尿素溶液等其他含氨基的还原剂。
具体的方案中，SNCR脱硝装置包括氨水管道40，氨水管道40的出口连接设于分解炉12内的喷枪42，喷枪42将氨水管道40输送的氨水喷入分解炉12内，以将烟气中的NOx还原脱除，生成不会污染环境的N2(氮气)和H2O(水)。
需要指出的是，为配合氨水的最佳工作温度窗，SNCR脱硝装置通常都设于分解炉12的末端，此处末端以烟气流动方向为基准定义，以图1中所示方位，分解炉12内烟气流动方向为从下至上。
该烟气脱硝系统还包括三次风管道20，其用于向分解炉12提供助燃空气。
该实施例中，烟气脱硝系统还设置有天然气燃烧器30和控制器50；天然气燃烧器30用于向分解炉12内提供CO；控制器50用于判断SNCR脱硝装置的脱硝参量超标时，开启天然气燃烧器30，并控制天然气在天然气燃烧器30内不完全燃烧以生成CO。
如上，该实施例提供的用于干法水泥窑的烟气脱硝系统增设了天然气燃烧器30，天然气30的主要成分为甲烷，控制其不完全燃烧可生成还原气氛的CO，CO能够将NOx还原成N2实现脱硝作用；同时，经过研究发现，CO的存在还可以扩大原有SNCR脱硝装置的最佳温度反应窗，将该最佳温度反应窗由原先的850℃～950℃扩大至800℃～1100℃，从而提高氨水的有效利用率，降低窑尾氨逃逸率，并降低窑尾NOx排放。
具体工作时，当因煤种变化或炉窑工况调整等情况导致SNCR脱硝装置的脱硝效率下降时，通过控制器50的判断控制，可开启天然气燃烧器30，控制天然气不完全燃烧以向分解炉12内提供还原性气体CO，以保证整个脱硝系统的脱硝效率，确保NOx排放和氨逃逸满足相关排放标准；当SNCR脱硝装置的运转能够使窑尾烟气的NOx排放和氨逃逸满足排放标准时，无需开启天然气燃烧器30，但是并不是说该种情况下，就不能开启天然气燃烧器30。
此外，天然气燃烧器30产生的热量最终在分解炉12内利用，还可减少供给至分解炉12的燃煤用量，提高经济性。
具体的方案中，天然气燃烧器30连接有为其提供天然气的天然气管道31和为其提供燃烧所需空气的管道。
更具体地，天然气燃烧器30通过第三支管23与三次风管道20连接，利用三次风管道20提供燃烧所需的空气，可使整个系统结构更紧凑。
可以理解，实际设置时，也可为天然气燃烧器30设置单独的输送空气管道。
其中，第三支管23上设有调节风门231和风量计232；调节风门231通过开度的调节控制输送至天然气燃烧器30的空气量，风量计232用于检测送入天然气燃烧器30的空气量。
天然气管道31上设有天然气调节阀311和天然气流量计312；天然气调节阀311通过开度的调节控制输送至天然气燃烧器30的天然气量，天然气流量计312用于检测送入天然气燃烧器30的天然气量。
实际应用时，通过控制输送至天然气燃烧器30的天然气量和空气量，调节过量空气系数，以使天然气在天然气燃烧器30内不完全燃烧，从而生成CO。其中，过量空气系数的调节可根据实际需要来调控。
显然，控制器50通过控制天然气调节阀311和调节风门213的启闭来控制天然气燃烧器30的启闭。
当控制器50判断SNCR脱硝装置的脱硝参量超标时，即开启天然气调节阀311和调节风门231，并根据天然气流量计312和风量计232的反馈分别调节天然气调节阀311和调节风门231的开度，使天然气在天然气燃烧器30内不完全燃烧以生成CO。
具体地，脱硝系统的脱硝参量主要包括以下四项：
喷枪42喷射区的温度，用于判断SNCR脱硝装置是否在其最佳温度反应窗内工作；该温度具体可通过设于喷枪42处的温度检测件421检测；
氨水流量，用于判断氨水用量是否超标；氨水流量具体可通过设于氨水管道40的氨水流量计41检测；
窑尾NOx排放浓度，用于判断实际脱硝效果；窑尾NOx排放浓度具体可通过设于窑尾的烟气监测仪60检测；
窑尾氨逃逸率，用于判断氨水的有效利用率；窑尾氨逃逸率具体可通过设于窑尾的氨逃逸分析仪70检测。
上述四项参量互相影响，其中前两项为SNCR脱硝装置工艺过程的控制指标，后两项为国家环保控制指标。
具体应用中，可以选取喷枪42喷射区的温度和氨水流量两项参量作为天然气燃烧器30开启的判断条件，当该两项参量均超标时，控制器50控制开启天然气燃烧器30。
该情况的实际应用例：
当水泥窑燃用煤种发生变化时，原始NOx有可能大幅度超出设计指标，例如原始NOx浓度设计值为800mg/Nm3，当煤种变化时导致原始NOx浓度变成1300mg/Nm3，这时，或是由于原SNCR脱硝装置设计负荷偏小，无法满足变化后的使用需求，或是由于需要喷入氨水量过大，经济性指标太差，也可启动天然气燃烧器，实现部分脱硝，减轻SNCR脱硝装置负担。
具体应用中，还可以选取喷枪42喷射区的温度、氨水流量、窑尾NOx排放浓度以及窑尾氨逃逸率四项参量作为天然气燃烧器30开启的判断条件，当该四项参量均超标时，控制器50控制开启天然气燃烧器30。
该情况的实际应用例：
某条日产2500吨的干法水泥窑，其设计参数为：烟气量为28000Nm3/h，原始NOx为800mg/Nm3；当地环保要求为NOx排放小于320mg/Nm3，氨逃逸率小于8ppm。根据以上条件，设计的SNCR脱硝装置，就必须满足脱硝效率高于60％，氨逃逸率小于8ppm，此时，若SNCR脱硝装置的喷枪最佳反应窗在850℃～950℃，计算得出氨水耗量为700kg/h。但是实际应用中，由于工况等因素变动，SNCR脱硝装置的喷枪位置不可能总是处于850℃～950℃的理想范围，比如，当喷枪位置温度超出950℃，达到了1050℃，此时，会导致三个不利影响：其一，温度偏高，NOx生成量急剧增加，增加了原始NOx浓度；其二，温度偏高，偏离最佳反应温度窗，SNCR脱硝装置的脱硝效率明显下降，部分氨水不参与脱硝反应产生逃逸；其三，温度偏高，注入的氨水反而生成NOx；以上均会导致氨水耗量增加(比如氨水耗量达到1000kg/h)，脱硝效率下降(例如出口NOx排放达到500mg/Nm3)，氨逃逸率增加(例如氨逃逸为10ppm)。此时，即开启天然气燃烧器，调节天然气及空气流量，使其不完全燃烧，给分解炉注入CO，参与部分脱硝工作，减轻SNCR脱硝装置负担，直至以上四个参数均再次落入设计范围。
需要指出的是，无论上述四项参量中的哪些参量作为判断条件，其最终目的都是将窑尾NOx排放浓度和窑尾氨逃逸率控制在相关法规规定的范围内。
具体的方案中，分解炉12包括第一炉体121和第二炉体122，第一炉体121位于第二炉体122的下方。
通常，在分解炉12内采用空气分级燃烧，以降低降低NOx的生成；具体地，第一炉体121为还原区，该区域内煤粉缺氧状态下燃烧，使得燃烧速度和温度降低，以生成CO等还原性气体，产生还原性气氛，有助于脱除部分NOx；由于煤粉在还原区缺氧燃烧，热效率不高，燃烧不充分，因此在其下游(仍以烟气流动方向为基准)设置了氧化区，即将第二炉体122设为氧化区，该区域内煤粉富氧状态下燃烧，提高煤粉的热效率和利用率，但是富氧燃烧有利于NOx的生成，此时，前段还原区形成的CO等还原性气体进入氧化区，就可实现CO和部分NOx的反应，起到部分脱除NOx的作用。
具体的方案中，第一炉体121通过第一支管21与三次风管道20连接，第二炉体122通过第二支管22与三次风管道20连接，第一炉体121和第二炉体122内的燃烧所需空气量可分别通过设于第一支管21和第二支管22上的风量计调节。
天然气燃烧器30的出口与分解炉12的喷嘴32连接，喷嘴32将天然气燃烧器30生成的CO注入分解炉12内，使CO与分解炉12内的NOx发生还原反应，以实现脱硝作用。
由于分解炉12内氧化区为NOx的主要生成区，所以布置时最好将喷嘴32布置于分解炉12内氧化区的上游，更优地，可将喷嘴32布置于分解炉12内氧化区和还原区的交界处，以更好地发挥天然气燃烧器30的作用。
以上对本发明所提供的用于干法水泥窑的烟气脱硝系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种用于干法水泥窑的烟气脱硝系统，包括分解炉(12)和SNCR脱硝装置；其特征在于，还包括：
天然气燃烧器(30)，其用于向所述分解炉(12)内提供CO；
控制器(50)，所述控制器(50)判断所述SNCR脱硝装置的脱硝参量超标时，开启所述天然气燃烧器(30)，并控制天然气在所述天然气燃烧器(30)内不完全燃烧以生成CO。
2.根据权利要求1所述的烟气脱硝系统，其特征在于，还包括：
三次风管道(20)，其通过第三支管(23)与所述天然气燃烧器(30)连接，所述第三支管(23)上设有调节风门(231)和风量计(232)；
与所述天然气燃烧器(30)连接的天然气管道(31)，所述天然气管道(31)上设有天然气调节阀(311)和天然气流量计(312)；
所述控制器(50)通过控制所述调节风门(231)和所述天然气调节阀(311)的启闭来控制所述天然气燃烧器(30)的启闭；
所述控制器(50)还根据所述天然气流量计(312)和所述风量计(232)的反馈分别调节所述天然气调节阀(311)和所述调节风门(231)的开度，以使天然气在所述天然气燃烧器(30)内不完全燃烧。
3.根据权利要求1所述的烟气脱硝系统，其特征在于，所述脱硝参量为所述SNCR脱硝装置的喷枪(42)喷射区的温度和所述SNCR脱硝装置的还原剂流量，两项参量都超标时，开启所述天然气调节阀(311)和所述调节风门(231)。
4.根据权利要求1所述的烟气脱硝系统，其特征在于，所述脱硝参量为所述SNCR脱硝装置的喷枪(42)喷射区的温度、所述SNCR脱硝装置的还原剂流量、窑尾NOx排放浓度和窑尾氨逃逸率，四项参量都超标时，开启所述天然气调节阀(311)和所述调节风门(231)。
5.根据权利要求3或4所述的烟气脱硝系统，其特征在于，所述喷枪(42)喷射区的温度通过设于所述喷枪(42)处的温度检测件(421)检测。
6.根据权利要求3或4所述的烟气脱硝系统，其特征在于，所述SNCR脱硝装置的还原剂流量通过设于还原剂管道的还原剂流量计检测。
7.根据权利要求4所述的烟气脱硝系统，其特征在于，所述窑尾NOx排放浓度通过设于窑尾的烟气监测仪(60)检测。
8.根据权利要求4所述的烟气脱硝系统，其特征在于，所述窑尾氨逃逸率通过设于窑尾的氨逃逸分析仪(70)检测。
9.根据权利要求1-4任一项所述的烟气脱硝系统，其特征在于，所述天然气燃烧器(30)的出口与设于所述分解炉(12)内的喷嘴(32)连接；沿烟气流动方向，所述喷嘴(32)布置于所述分解炉(12)内氧化区的上游。
10.根据权利要求9所述的烟气脱硝系统，其特征在于，所述喷嘴(32)具体布置于所述分解炉(12)内氧化区和还原区的交界处。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |