CN110614028A - 一种水泥窑中低温烟气SO2、NOx及Hg0协同控制系统及方法 - Google Patents

一种水泥窑中低温烟气SO2、NOx及Hg0协同控制系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种水泥窑中低温烟气SO2、NOx及Hg0协同控制系统及方法，水泥窑尾余热锅炉出口烟气温度为180～220℃，沿着烟气流向，分别通过干法脱硫装置，200目～300目的脱硫剂细粉与烟气中SO2反应降低烟气SO2浓度至35mg/m3以内；烟气随后经袋式除尘器将烟气固态颗粒物脱除至100mg/Nm3内，脱硫除尘后清洁烟气进入SCR脱硝脱汞装置，在双效催化剂下将NOx和Hg0协同转化为N2、H2O及易溶于水的Hg2+，从而根本上解决传统水泥窑烟气处理工艺中SCR脱硝脱汞装置催化剂的粉尘堵塞和SO2毒害问题，实现中低温下清洁、高效的脱硫脱硝脱汞。本系统操作方便，对原水泥窑余热锅炉无影响，对烟气处理工艺流程改造小、设备投资省且NOx、Hg0和SO2脱除效率高，行业应用前景广泛。

Description

一种水泥窑中低温烟气SO2、NOx及Hg0协同控制系统及方法
技术领域
本发明属于水泥窑烟气脱硝脱汞脱硫技术领域，具体涉及一种水泥窑中低温烟气SO2、NOx及Hg0协同控制系统及方法。
背景技术
近年来，随着人们对环保质量要求的日益提高，我国对水泥窑烟气中NOx和汞的排放限值越发严格：2017年6月《水泥工业发展规划》提出加强技术创新，鼓励研发烟气深度脱硫、脱硝及其集成协同控制技术装备；《水泥工业大气污染物排放标准》(GB4915–2013)规定重点地区水泥工业等非电行业中SO2、NOx和Hg及其化合物排放浓度应低于320mg/Nm3、100mg/Nm3和50μg/Nm3。同时，江苏、河南等进一步明确了更为严格的污染物排放标准。
氮氧化物(NOx)指由氮、氧两种元素组成的化合物，不仅对人体产生巨大的危害，而且以NO和NO2为主的NOx也是酸雨和雾霾性的重要原因之一，同时，NOx可通过光照与有机挥发分(VOCs)反应形成光化学烟雾。烟气中汞主要以3种形式存在:元素态汞(Hg0)、化合态汞(Hg2+)和颗粒态汞(Hgp)，其中，Hg0占烟气中总汞的70％以上且化学性质呈惰性，不溶于水，很难利用水泥窑现有的烟气净化装置进行脱除。研究表明，选择性催化还原法(SCR)不仅可高效催化分解烟气中 NOx，还可将比例高且性质稳定的Hg0氧化成易溶于水的Hg2+，结合后续湿法烟气脱硫装置(WFGD)实现Hg0的有效脱离，且低温环境下更有利于Hg0氧化反应的进行。但水泥窑烟气中高浓度的二氧化硫(SO2)不仅是酸雨等灾害的主要前驱物，对低温脱硝协同脱汞催化剂的NOx及Hg0转化过程表现为极大的抑制毒害作用。因此，如何在NOx还原协同Hg0氧化反应前实现烟气中SO2的高效、严格控制对水泥窑烟气净化技术的发展具有重要意义和经济价值。
发明内容
发明目的：针对以上问题，本发明提供一种操作简便、运行高效的水泥窑烟气脱硝脱汞脱硫系统及方法，该方法不仅可实现水泥窑烟气NOx、SO2和Hg的超低排放，还可极大降低SO2对脱硝脱汞催化剂的不可逆毒害作用，延长工业使用寿命。
技术方案：为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种水泥窑中低温烟气SO2、NOx及Hg0协同控制系统及方法，包括控制器，其特征在于：系统还包括水泥窑余热锅炉系统、烟道、干法脱硫装置、袋式除尘器、SCR脱硝脱汞装置、窑尾袋收尘器、尾排风机、烟囱。水泥窑余热锅炉系统出口烟气通过烟道与袋式除尘器进口连接，干法脱硫装置内的脱硫剂细粉均匀喷射到烟道内，袋式除尘器出口与 SCR脱硝脱汞装置顶端进口连接，SCR脱硝脱汞装置底部出口连接到窑尾袋收尘器进口，窑尾袋收尘器出口与尾排风机进口连接，尾排风机进口连接到烟囱。
进一步的，适用于水泥窑烟气处理参数区间为：水泥窑余热锅炉系统(1)出口为180～220℃的中温烟气，粉尘浓度低于100g/Nm3，烟气中NOx浓度低于500 mg/Nm3，SO2浓度低于200mg/Nm3，Hg0浓度低于85μg/Nm3。
进一步的，所述干法脱硫装置(3)内的脱硫剂细粉粒径分布为200目～300目，采用内嵌网格式喷嘴均匀喷射到烟道(2)内。
进一步的，所述干法脱硫装置(3)内的脱硫剂细粉主要组成为石灰石粉CaO或消石灰粉Ca(OH)2，主要基于钙基脱硫粉与SO2快速反应生成CaSO4固相产物原理。
进一步的，通过所述干法脱硫装置(3)的高活性脱硫剂细粉降低烟气中SO2浓度低于35mg/m3。
进一步的，所述袋式除尘器(4)滤袋为PPS耐中温材料，分离烟气中CaSO4和粉尘至100mg/Nm3以内，除尘后烟气温度降低5～10℃。
进一步的，所述SCR脱硝脱汞装置(5)内装有低温脱硝协同脱汞催化剂，同时发生NH3与NOx转化为N2和H2O的催化还原反应和Hg0氧化成Hg2+催化氧化反应。
进一步的，所述SCR脱硝脱汞装置(5)中双效低温催化剂活性组分为V、Mn、 Ce、Fe、Mo和Sn等的一种或几种。
有益效果：本发明与现有技术相比，具有如下优点：
(1)本发明技术方案解决了水泥窑烟气脱硝脱汞脱硫处理工艺中催化剂工业应用周期短、粉尘磨损重、SO2毒害失活速度快等难题，首次针对水泥窑行业烟气SO2浓度高的现状，提出SCR装置前设置“干法脱硫技术+一次除尘”模式，以钙基脱硫剂细粉的均匀喷射保证高效的脱硫效率，在结合一次袋式除尘装置有效分离生成的固体CaSO4和高浓度粉尘，保证SCR装置内清洁的反应环境，实现低温双效催化剂更换频率的有效降低，节省烟气处理成本投入。
(2)本发明技术方案提供一种水泥窑中低温烟气SO2、NOx及Hg0协同控制系统及方法，以现有水泥窑等非电力行业的烟气处理工艺流程为基础，仅通过添加体积小、数量少的脱硫除尘装置实现传统系统的高效改造，具有操作方便、效率高、系统改造周期短、投资成本低等优点，可广泛运用于各类非电力行业的系统优化设计，是目前实现水泥窑烟气NOx、SO2和Hg0超低排放的有效手段。
附图说明
图1为本发明的实施方案的工艺系统流程图。
1.水泥窑锅炉系统、2.烟道、3.干法脱硫装置、4.袋式除尘器、5.SCR脱硝脱汞装置、6.窑尾袋收尘器、7.尾排风机、8.烟囱。
具体实施方式
下面结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步详细的描述。
如图1所示，设计一种水泥窑中低温烟气SO2、NOx及Hg0协同控制系统及方法，包括控制器，其特征在于：系统还包括水泥窑余热锅炉系统(1)、烟道(2)、干法脱硫装置(3)、袋式除尘器(4)、SCR脱硝脱汞装置(5)、窑尾袋收尘器(6)、尾排风机(7)、烟囱(8)。水泥窑余热锅炉系统(1)出口烟气通过烟道(2)与袋式除尘器(4)进口连接，干法脱硫装置(3)内的脱硫剂细粉均匀喷射到烟道(2) 内，袋式除尘器(4)出口与SCR脱硝脱汞装置(5)顶端进口连接，SCR脱硝脱汞装置(5)底部出口连接到窑尾袋收尘器(6)进口，窑尾袋收尘器(6)出口与尾排风机(7)进口连接，尾排风机(7)进口连接到烟囱(8)。
如权利要求1所述的一种水泥窑中低温烟气SO2、NOx及Hg0协同控制系统及方法，其特征在于：适用于水泥窑烟气处理参数区间为：水泥窑余热锅炉系统(1)出口为180～220℃的中温烟气，粉尘浓度低于100g/Nm3，烟气中NOx浓度低于500 mg/Nm3，SO2浓度低于200mg/Nm3，Hg0浓度低于85μg/Nm3。
根据权利1所述的一种水泥窑中低温烟气SO2、NOx及Hg0协同控制系统及方法，其特征在于：所述干法脱硫装置(3)内的脱硫剂细粉粒径分布为200目～300目，采用内嵌网格式喷嘴均匀喷射到烟道(2)内。
根据权利1所述的一种水泥窑中低温烟气SO2、NOx及Hg0协同控制系统及方法，其特征在于：所述干法脱硫装置(3)内的脱硫剂细粉主要组成为石灰石粉CaO或消石灰粉Ca(OH)2，主要基于钙基脱硫粉与SO2快速反应生成CaSO4固相产物原理。
根据权利1所述的一种水泥窑中低温烟气SO2、NOx及Hg0协同控制系统及方法，其特征在于：通过所述干法脱硫装置(3)的高活性脱硫剂细粉降低烟气中SO2浓度低于35mg/m3。
根据权利1所述的一种水泥窑中低温烟气SO2、NOx及Hg0协同控制系统及方法，其特征在于：所述袋式除尘器(4)滤袋为PPS耐中温材料，分离烟气中CaSO4和粉尘至100mg/Nm3以内，除尘后烟气温度降低5～10℃。
根据权利1所述的一种水泥窑中低温烟气SO2、NOx及Hg0协同控制系统及方法，其特征在于：所述SCR脱硝脱汞装置(5)内装有低温脱硝协同脱汞催化剂，同时发生NH3与NOx转化为N2和H2O的催化还原反应和Hg0氧化成Hg2+催化氧化反应。
根据权利1所述的一种水泥窑中低温烟气SO2、NOx及Hg0协同控制系统及方法，其特征在于：所述SCR脱硝脱汞装置(5)中双效低温催化剂活性组分为V、Mn、 Ce、Fe、Mo和Sn等的一种或几种。
实施例：某水泥生产企业窑尾烟气烟囱NOx平均浓度为240mg/Nm3，SO2平均浓度为85.2mg/Nm3，Hg0平均浓度为41.5μg/Nm3，水泥窑尾高温风机出口烟气温度为 200±25℃，粉尘平均浓度为80g/Nm3。选择200目～300目CaO粉末作为干法脱硫装置中脱硫剂；以Mn、Ce为改性组分浸渍煅烧传统V-WOx/TiO2脱硝催化剂制得Mn-Ce-SCR低温NOx还原协同Hg0氧化双效催化剂。烟气沿烟道经过干法脱硫装置发生SO2与CaO化学反应生成CaSO4粉末，通过PPS袋式除尘器实现固体颗粒的有效分离，清洁烟气携带NOx与Hg0在SCR装置内，在Mn-Ce-SCR双效催化作用下还原、氧化为N2、H2O和Hg2+；反应后的烟气再依次经过窑尾袋收尘器、尾排风机排至烟囱，进入大气环境。
通过烟气分析仪和安大略法(OHM)测试设备对烟气中NOx和Hg浓度和形态分布进行浓度测试。结果表明，经过干法脱硫装置的脱硫剂喷射后，SO2浓度降至15.2 mg/Nm3，脱除效率达82.26％；SCR脱硝协同脱汞处理后，SCR装置出口烟气中的NOx浓度为36.3mg/Nm3，还原效率达84.884％；Hg0浓度为4.5μg/Nm3，氧化效率达89.16％，说明烟囱出口NOx、SO2和Hg0的排放浓度均满足水泥行业的超低排放要求。
上面所述的实例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计构思前提下，本领域中普通工程技术人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容已经全部记载在权利要求书中。

Claims (8)

1.一种水泥窑中低温烟气SO2、NOx及Hg0协同控制系统及方法，其特征在于：系统还包括水泥窑余热锅炉系统(1)、烟道(2)、干法脱硫装置(3)、袋式除尘器(4)、SCR脱硝脱汞装置(5)、窑尾袋收尘器(6)、尾排风机(7)、烟囱(8)。水泥窑余热锅炉系统(1)出口烟气通过烟道(2)与袋式除尘器(4)进口连接，干法脱硫装置(3)内的脱硫剂细粉均匀喷射到烟道(2)内，袋式除尘器(4)出口与SCR脱硝脱汞装置(5)顶端进口连接，SCR脱硝脱汞装置(5)底部出口连接到窑尾袋收尘器(6)进口，窑尾袋收尘器(6)出口与尾排风机(7)进口连接，尾排风机(7)进口连接到烟囱(8)。
2.如权利要求1所述的一种水泥窑中低温烟气SO2、NOx及Hg0协同控制系统及方法，其特征在于：适用于水泥窑烟气处理参数区间为：水泥窑余热锅炉系统(1)出口为180～220℃的中温烟气，粉尘浓度低于100g/Nm3，烟气中NOx浓度低于500mg/Nm3，SO2浓度低于200mg/Nm3，Hg0浓度低于85μg/Nm3。
3.根据权利1所述的一种水泥窑中低温烟气SO2、NOx及Hg0协同控制系统及方法，其特征在于：所述干法脱硫装置(3)内的脱硫剂细粉粒径分布为200目～300目，采用内嵌网格式喷嘴均匀喷射到烟道(2)内。
4.根据权利1所述的一种水泥窑中低温烟气SO2、NOx及Hg0协同控制系统及方法，其特征在于：所述干法脱硫装置(3)内的脱硫剂细粉主要组成为石灰石粉CaO或消石灰粉Ca(OH)2，主要基于钙基脱硫粉与SO2快速反应生成CaSO4固相产物原理。
5.根据权利1所述的一种水泥窑中低温烟气SO2、NOx及Hg0协同控制系统及方法，其特征在于：通过所述干法脱硫装置(3)的高活性脱硫剂细粉降低烟气中SO2浓度低于35mg/m3。
6.根据权利1所述的一种水泥窑中低温烟气SO2、NOx及Hg0协同控制系统及方法，其特征在于：所述袋式除尘器(4)滤袋为PPS耐中温材料，分离烟气中CaSO4和粉尘至100mg/Nm3以内，除尘后烟气温度降低5～10℃。
7.根据权利1所述的一种水泥窑中低温烟气SO2、NOx及Hg0协同控制系统及方法，其特征在于：所述SCR脱硝脱汞装置(5)内装有低温脱硝协同脱汞催化剂，同时发生NH3与NOx转化为N2和H2O的催化还原反应和Hg0氧化成Hg2+催化氧化反应。
8.根据权利1所述的一种水泥窑中低温烟气SO2、NOx及Hg0协同控制系统及方法，其特征在于：所述SCR脱硝脱汞装置(5)中双效低温催化剂活性组分为V、Mn、Ce、Fe、Mo和Sn等的一种或几种。
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