CN110665352A - 一种水泥窑尾中低硫烟气干法脱硫脱硝除尘装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种水泥窑尾中低硫烟气干法脱硫脱硝除尘装置，包括：依次相连的水泥窑、分解炉、悬浮预热器和降温装置；进气管路与降温装置烟气出口相连的脱硫塔，其为低密度低床层不喷水的循环流化床干法脱硫塔；进气管路设有高温风机，并分别与生料磨、脱硫剂仓和烟尘返料装置相连；烟气进口与脱硫塔烟气出口相连的除尘器，其副产物出口通过烟尘返料装置与进气管路相通，通过副产物输送装置与生料库相连；烟气进口与除尘器烟气出口相连的中温SCR脱硝装置，其出气管路依次设有余热锅炉和引风机，通过烟囱排出净化气。该干法脱硫脱硝除尘装置能够在高效脱硫脱硝除尘的同时，协同脱除多组分污染物，且无需防腐、零废水排放、烟囱排放透明，同时能够长期稳定运行。
Description
技术领域
本发明涉及脱硫脱硝处理技术领域，更具体地说，是涉及一种水泥窑尾中低硫烟气干法脱硫脱硝除尘装置及方法。
背景技术
水泥窑炉是水泥行业烟气污染物排放的主要源头，水泥窑炉中煤粉的燃烧及熟料煅烧会产生大量的烟气，并伴随有粉尘颗粒物、SO2、NOx及氟化物等污染物排放。采用传统的原燃料会将微量重金属元素带入到水泥窑炉中，替代原燃料应用和协同处置废物也会引入一定量的重金属元素。在一定浓度限值下，绝大部分重金属元素会固化在水泥熟料中，水泥水化产物及形成的水泥浆体对这些重金属元素也有很好的固化和固封作用，但汞、砷、硒等重金属易于挥发，铬易于溶出。此外，水泥窑炉的高温煅烧过程也可能会产生持久性有机污染物(POPs)，水泥窑炉产生的POPs主要是二噁英类物质。近期部分地方政府出台了比国家标准更严格的政策限制单位排放量及总排放量NOx排放为50mg/Nm3、SO2排放为35mg/Nm3、粉尘排放为5mg/Nm3。采用烟气循环流化床半干法脱硫工艺，可以实现在超低排放的同时协同脱除酸性气体、重金属、二噁英等多种污染物。根据2017年底的全国水泥技术交流会数据，我国约1700条的新型干法水泥生产线硫排放95％为中低硫，即浓度在1000mg/Nm3以下，且大部分在500mg/Nm3以下。如果此时采用湿法脱硫装置，虽然可以轻松实现超低排放，但一次性投资及运行成本较大，而且该法必须有废水处理系统专门处理高污染的湿法脱硫废水；无法有效脱除SO3亚微米级气溶胶颗粒；脱硫后烟囱口常见白色烟羽、蓝色烟羽、烟囱雨；烟气为饱和湿烟气，呈强酸性，脱硫塔、烟道、烟囱均需进行防腐，投资和运行成本高，施工和检修时着火风险高等。
环保部大气司司长刘炳江在2017年9月19日北京召开的“中国煤电清洁发展与环境影响发布研讨会”上强调：非电行业是当前大气污染治理的重点。相比煤电行业污染物的持续减排，非电行业对我国污染排放贡献比例越来越大。2018年初，我国制定实施打赢蓝天保卫战三年作战计划，启动钢铁、焦化等非电行业超低排放改造。目前，钢铁行业超低排放正在如火如荼的开展。作为非电行业的重要组成部分，水泥行业超低排放也将逐步开展，部分地区如唐山、郑州等地区已经开始要求NOx、SO2、颗粒物需达到超低排放要求，而且国家标准也对水泥窑尾烟气中的HF、汞及其化合物、氨等均有特别排放要求。水泥窑生产线NOx、SO2有害气体成分超低排放的单个技术研究较多，但是系统解决方案及实现超低排放的较少，目前尚未有大规模推广应用于水泥窑尾烟气多污染物净化技术。烟气脱硫脱硝一体化技术在同一套装置内同时实现脱硫与脱硝也有用活性炭、臭氧等，但是存在投资大、吸附剂运行成本高、设备可靠性差、对反应温度窗口要求较高的缺点，难以满足大规模工业化使用的需要；钢铁、冶金、焦化行业等行业的技术不适用于水泥高尘行业。
水泥窑尾烟气通常有如下特点：(1)烟气含尘浓度大，约为60～100g/Nm3、且粘性较大，具有一定磨损性(主要成分为碳酸钙、二氧化硅和碳酸镁等)；(2)烟气中NOx的浓度高，大约在400～1500mg/Nm3左右，原始氮氧化物含量高；(3)我国约1700条的新型干法水泥生产线硫排放95％为中低硫，即浓度在1000mg/Nm3以下，且大部分在500mg/Nm3以下；(4)烟气中大气污染物种类多且成分复杂，其中包括粉尘、NOx、SO2、CO2、重金属(主要是Hg、Pb和Cd)和有机污染物等；(5)烟气中含有多种组分的酸性气体，水泥煅烧回转窑炉出口烟气中除了含有SO2、NOx之外，还有HCl、HF、SO3等酸性气体；(6)烟气温度高，悬浮预热器出口一般可达350～400℃，经降温装置(降温装置、增湿塔、冷风阀等单一或多种组合方式降温)后，温度可控制在220～260℃；(7)烟气中含有CO2等温室气体，据初步了解，水泥窑尾烟气中CO2占烟气体积分数20～30％左右；(8)水泥窑炉可协同处置危废、生活垃圾、污泥等固废。
目前国内外对水泥窑尾烟气脱硫工艺主要有两个措施：(1)自身挖潜，如对生产设备升级(采用立磨)、调整工艺与操作等，仅适用于排放指标宽松情况下的低硫低烟气量项目；(2)增设烟气脱硫装置：a)干反应剂喷注法：将熟石灰喷入预热器系统的适当位置；b)热生料喷注法：将已分解的生料喂入预热器系统一、二级旋风筒之间的旋风除尘器；c)喷雾干燥脱硫法：将石灰消解后喷入增湿塔；d)简易氨法：在预热器或烟囱或废气总管喷入氨水；e)复合脱硫法：脱硫粉剂从入窑提升机加入在一至三级预热器内；脱硫水剂在二级到一级预热器的上升风管处雾化喷入；以上五种都属于简易的脱硫工艺，虽然投资低，但运行成本高，脱硫效率低，效果不稳定，仅适用于排放指标宽松情况下的低硫低烟气量项目，而且无法满足超低排放要求；f)石灰石-石膏法：该方法通过增设湿法脱硫装置，可以实现SO2的超低排放，但该法必须有废水处理系统专门处理高污染的湿法脱硫废水；无法有效脱除SO3亚微米级气溶胶颗粒；脱硫后烟囱口常见白色烟羽、蓝色烟羽、烟囱雨；烟气为饱和湿烟气，呈强酸性，脱硫塔、烟道、烟囱均需进行防腐，投资和运行成本高，施工和检修时着火风险高等。
水泥窑脱硝的技术主要有：采用低氮燃烧器、低氮燃烧技术(包括低氮喷煤管、空气分级燃烧和燃料分级燃烧)、SNCR和SCR、低温氧化等脱硝工艺。目前国内水泥行业基本有使用低氮燃烧、SNCR技术，可保证悬浮预热器出来的NOx排放控制在320mg/Nm3以下。采用智能控制形成高效SNCR时，可以达到NOx排放100～150mg/Nm3，但是氨逃逸较大，达不到国家氨逃逸的标准要求；当要求NOx排放在100mg/Nm3以下时，随着氨水用量的增加，NOx排放值几乎不降低或者降低幅度很少，氨水和NOx的反应效率急剧下降，大量的氨水形成了氨逃逸，因此需要SCR催化剂的作用才能既稳妥达到50mg/Nm3以下指标，又满足氨逃逸的控制指标。
申请公布号为CN109364741A的中国专利公开了一种水泥窑烟气干法脱硫及高尘SCR脱硝装置及工艺，其工艺流程为：需要净化的烟气首先进入SCR装置，经过高温SCR脱硝，再通过高温风机进气管道内设置的脱硫剂投加装置投入布袋除尘器的进气管道内进行脱硫，然后经布袋除尘后，经引风机排入烟囱。但是，上述技术方案存在以下不足：(1)催化剂中毒和堵塞问题、脱硝效率低问题；由于该技术方案中烟气先直接进SCR装置，属于高尘布置，烟气温度高，粉尘含量高，易导致催化剂中毒失活和堵塞，使用寿命短，还易引起脱硝装置的运行和维护费用高昂等问题的发生。(2)下游设备堵塞腐蚀问题；由于布置在此处的SCR脱硝装置下游布置有余热发电锅炉等设施，若SCR脱硝系统的氨逃逸控制不当，易造成降温装置的堵塞、腐蚀和热效率下降等不良问题。(3)在布袋除尘器进气管道喷入脱硫剂，效率低，脱硫效果不稳定，仅适用于排放指标宽松情况下的低硫低烟气量项目，无法满足超低排放要求。
申请公布号为CN110075680A的中国专利公开了低硫原料生产水泥的脱硫脱硝除尘超低排放工艺及系统，其工艺流程为：窑尾产生的废气通过窑尾除尘器收尘，然后通过烟气调和，使混合后的烟气温度提高至80～150℃，进入低温SCR脱硝反应器进行脱硝，然后进入湿法脱硫塔进行脱硫，之后由排风机送入窑尾烟囱，排到大气中。但是，上述技术方案存在以下不足：(1)采用低温催化剂，国内暂无实际运行业绩，能够生产的厂家极少，必然导致价格昂贵，投资成本高，技术难度大。(2)相比中高温催化剂，催化剂体积数增加，压损大。(3)采用湿法脱硫，必须有废水处理系统专门处理高污染的湿法脱硫废水；无法有效脱除SO3亚微米级气溶胶颗粒；脱硫后烟囱口常见白色烟羽、蓝色烟羽、烟囱雨；烟气为饱和湿烟气，呈强酸性，脱硫塔、烟道、烟囱均需进行防腐，投资和运行成本高，施工和检修时着火风险高等。
申请公布号为CN110052141A的中国专利公开了高硫原料生产水泥的脱硫脱硝除尘超低排放工艺及系统，其工艺流程为：窑尾产生的废气先预收尘，然后进入半干法脱硫塔进行脱硫，半干法脱硫塔出来的烟气经过细收尘，同时将窑头余风经窑头余风旁路管道上的窑头收尘器和窑头引风机后引入窑尾与出细收尘器的烟气进行混合，混合后的烟气经接力风机送入低温SCR脱硝反应器进行脱硝，之后由排风机送入窑尾烟囱，排到大气中。但是，上述技术方案存在以下不足：(1)采用低温催化剂，国内暂无实际运行业绩，能够生产的厂家极少，必然导致价格昂贵，投资成本高，技术难度大。(2)相比中、高温催化剂，催化剂体积数增加，压损大。
综上，开发一种水泥窑尾中低硫烟气干法脱硫脱硝除尘装置及方法具有非常重要的意义。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种水泥窑尾中低硫烟气干法脱硫脱硝除尘装置及方法，能够在高效脱硫脱硝除尘的同时，可协同脱除HCl、HF、二噁英、重金属等多组分污染物，且无需防腐、零废水排放、烟囱排放透明，同时能够长期稳定运行。
本发明提供了一种水泥窑尾中低硫烟气干法脱硫脱硝除尘装置，包括：
依次相连的水泥窑、分解炉、悬浮预热器和降温装置；
进气管路与降温装置的烟气出口相连的脱硫塔；所述进气管路设有高温风机，并分别与生料磨、脱硫剂仓和烟尘返料装置相连；所述脱硫塔为低密度低床层不喷水的循环流化床干法脱硫塔；
烟气进口与脱硫塔的烟气出口相连的除尘器；除尘器的副产物出口通过所述烟尘返料装置与所述进气管路相通，同时通过副产物输送装置与所述生料库相连；
烟气进口与除尘器的烟气出口相连的中温SCR脱硝装置；所述中温SCR脱硝装置设有出气管路；所述出气管路依次设有余热锅炉和引风机，并通过烟囱排出净化气。
优选的，所述降温装置包括增湿塔、余热锅炉和冷风阀中的一种或多种组合。
优选的，所述除尘器包括电袋复合除尘器和布袋除尘器中的一种或两种组合。
优选的，所述烟尘返料装置包括空气斜槽、气力输送仓泵、拉链机、斗式提升机和带式输送机中的一种或多种组合。
优选的，所述副产物输送装置包括气力输送仓泵、拉链机、斗式提升机和带式输送机中的一种或多种组合。
本发明还提供了一种水泥窑尾中低硫烟气干法脱硫脱硝除尘方法，采用上述技术方案所述的干法脱硫脱硝除尘装置，包括以下步骤：
a)将水泥窑烟气依次经分解、悬浮预热和降温后，与生料磨的烟气汇合，并在脱硫剂作用下进行干法脱硫，再经除尘，分别得到烟尘副产物和低硫低尘烟气；其中，所述烟尘副产物一部分循环进行上述干法脱硫，另一部分输送至生料库；所述干法脱硫的文丘里流速为30m/s～70m/s，直管段流速为3m/s～7m/s，床层为200Pa～800Pa；
b)将步骤a)得到的低硫低尘烟气进行中温SCR脱硝，回收热量后得到净化气。
优选的，步骤a)中所述水泥窑烟气的SO2浓度为100mg/Nm3～1000mg/Nm3。
优选的，步骤a)中所述降温的温度为220℃～260℃。
优选的，步骤a)中所述脱硫剂选自消石灰和/或电石渣。
优选的，步骤a)中所述除尘的过滤风速小于等于1.2m/min。
优选的，步骤b)中所述回收热量后的净化气温度为80℃～100℃。
本发明提供了一种水泥窑尾中低硫烟气干法脱硫脱硝除尘装置，包括：依次相连的水泥窑、分解炉、悬浮预热器和降温装置；进气管路与降温装置的烟气出口相连的脱硫塔；所述进气管路设有高温风机，并分别与生料磨、脱硫剂仓和烟尘返料装置相连；所述脱硫塔为低密度低床层不喷水的循环流化床干法脱硫塔；烟气进口与脱硫塔的烟气出口相连的除尘器；除尘器的副产物出口通过所述烟尘返料装置与所述进气管路相通，同时通过副产物输送装置与所述生料库相连；烟气进口与除尘器的烟气出口相连的中温SCR脱硝装置；所述中温SCR脱硝装置设有出气管路；所述出气管路依次设有余热锅炉和引风机，并通过烟囱排出净化气。与现有技术相比，本发明提供的干法脱硫脱硝除尘装置能够在高效脱硫脱硝除尘的同时，可协同脱除HCl、HF、二噁英、重金属等多组分污染物，且无需防腐、零废水排放、烟囱排放透明，同时能够长期稳定运行。实验结果表明，本发明提供的干法脱硫脱硝除尘装置能够使得烟气中的NOx控制在50mg/m3以下，SO2控制在35mg/m3以下，烟尘控制在5mg/m3以下，实现大气污染物的超低排放。
另外，本发明提供的干法脱硫脱硝除尘装置采用中温SCR脱硝，无需再对烟气进行升温，节省了大量能耗；同时烟尘副产物可返回生料库进行循环利用；并且该干法脱硫脱硝除尘装置大幅度降低了脱硫塔高度，有效减少了除尘器的过滤面积，除尘器可利用原有尾排除尘器，烟气阻力小，系统简单，电耗低，而且净化后的中高温烟气可进行热量回收利用，整体投资和运行费用较低，具有明显的技术和经济应用优势。
附图说明
图1为本发明实施例提供的水泥窑尾中低硫烟气干法脱硫脱硝除尘装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，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做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。
本发明提供了一种水泥窑尾中低硫烟气干法脱硫脱硝除尘装置，包括：
依次相连的水泥窑、分解炉、悬浮预热器和降温装置；
进气管路与降温装置的烟气出口相连的脱硫塔；所述进气管路设有高温风机，并分别与生料磨、脱硫剂仓和烟尘返料装置相连；所述脱硫塔为低密度低床层不喷水的循环流化床干法脱硫塔；
烟气进口与脱硫塔的烟气出口相连的除尘器；除尘器的副产物出口通过所述烟尘返料装置与所述进气管路相通，同时通过副产物输送装置与所述生料库相连；
烟气进口与除尘器的烟气出口相连的中温SCR脱硝装置；所述中温SCR脱硝装置设有出气管路；所述出气管路依次设有余热锅炉和引风机，并通过烟囱排出净化气。
请参阅图1，图1为本发明实施例提供的水泥窑尾中低硫烟气干法脱硫脱硝除尘装置的结构示意图；其中，1为水泥窑，2为分解炉，3为悬浮预热器，4为降温装置，B1为高温风机，5为生料磨，6为脱硫剂仓，7为脱硫塔，8为除尘器，9为副产物输送装置，10为生料库，11为中温SCR脱硝装置，12为余热锅炉，B2为引风机。
在本发明中，所述干法脱硫脱硝除尘装置包括水泥窑(1)、分解炉(2)、悬浮预热器(3)、降温装置(4)、高温风机(B1)、生料磨(5)、脱硫剂仓(6)、脱硫塔(7)、除尘器(8)、副产物输送装置(9)、生料库(10)、中温SCR脱硝装置(11)、余热锅炉(12)、引风机(B2)和烟囱。
在本发明中，所述水泥窑(1)、分解炉(2)、悬浮预热器(3)和降温装置(4)依次相连；水泥窑烟气可从水泥窑(1)依次经分解炉(2)分解、悬浮预热器(3)预热后进入降温装置(4)，并在降温装置(3)中进行降温以适应后续中温SCR脱硝的温度要求，降温过程中还能够回收水泥窑烟气中的热量。在本发明中，所述降温装置(4)设有烟气出口。
在本发明中，所述降温装置(4)优选包括增湿塔、余热锅炉和冷风阀中的一种或多种组合，更优选为余热锅炉。
在本发明中，所述脱硫塔(7)用于对烟气进行脱硫；所述脱硫塔(7)为低密度低床层不喷水的循环流化床干法脱硫塔，适用于低床层的新型干法脱硫工艺，可以大幅度降低脱硫塔(7)直管段高度，同步也可以降低除尘器(8)的高度，减少除尘器(8)的过滤面积，降低系统投资成本；同时由于是低密度低床层，整体阻力小，且无水系统，整体电耗低；此外，维持低床层所需烟气量也相对较小，水泥生料磨开、停时的烟气量波动在20％以内，无需设置清洁烟气再循环也可以满足需要。在本发明优选的实施例中，设置的自动控制系统可以满足生料磨开、停时的温度、湿度、SO2浓度等工况变化，即前级降温装置(4)无论采用增湿塔、余热锅炉和冷风阀中的一种或多种组合的冷却方式均完全适应，可确保污染物浓度小时平均值不超标，稳定系统运行。
在本发明中，所述脱硫塔(7)设有进气管路和烟气出口；其中，所述进气管路与降温装置(4)的烟气出口相连。在本发明中，所述进气管路设有高温风机(B1)，并分别与生料磨(5)、脱硫剂仓(6)和烟尘返料装置相连。
在本发明中，所述高温风机(B1)用于为烟气提供输送动力，并控制烟气在脱硫塔(7)中进行脱硫的流速。在本发明中，所述生料磨(5)用于提供生料磨(5)的烟气，使其与所述进气管路中的水泥窑烟气汇合。在本发明中，所述脱硫剂仓(6)用于提供脱硫剂。在本发明中，所述烟尘返料装置用于将除尘器(8)除尘后得到的烟尘副产物循环回所述进气管路，从而再进入脱硫塔进行脱硫。在本发明中，所述烟尘返料装置优选包括空气斜槽、气力输送仓泵、拉链机、斗式提升机和带式输送机中的一种或多种组合，更优选为空气斜槽。
在本发明中，所述烟气出口用于排出脱硫后的烟气。
在本发明中，所述除尘器(8)用于对脱硫后的烟气进行除尘，收集烟尘及未反应完的物料(烟尘副产物)，并得到低硫低尘烟气；所述除尘器(8)优选包括电袋复合除尘器和布袋除尘器中的一种或两种组合，更优选为布袋除尘器，可利用原有尾排除尘器；所述布袋除尘器的袋滤料优选为P84或PTFE的。
在本发明中，所述除尘器(8)设有烟气进口、副产物出口和烟气出口；其中，所述除尘器(8)的烟气进口与所述脱硫塔(7)的烟气出口相连。
在本发明中，所述除尘器(8)的副产物出口通过所述烟尘返料装置与所述进气管路相通，使一部分(大部分)烟尘副产物循环回所述进气管路，从而再进入脱硫塔进行脱硫；同时所述除尘器(8)的副产物出口通过副产物输送装置(9)与所述生料库(10)相连，使另一部分(小部分)烟尘副产物经副产物输送装置(9)输送至生料库(10)，进一步循环利用。
在本发明中，所述副产物输送装置(9)优选包括气力输送仓泵、拉链机、斗式提升机和带式输送机中的一种或多种组合，更优选为气力输送仓泵。
在本发明中，所述除尘器(8)的烟气出口用于排出低硫低尘烟气。
在本发明中，所述中温SCR脱硝装置(11)用于对低硫低尘烟气进行中温SCR脱硝；本发明采用中温SCR脱硝，无需再对烟气进行升温，节省了大量能耗。在本发明优选的实施例中，所述中温SCR脱硝装置(11)与所述除尘器(8)采用集成式设计，共用基础和钢架，节省整体占用场地面积及设备钢材的使用量，进而降低成本，同时先除尘后脱硝，能够减轻粉尘对催化剂的毒害，减少系统堵塞和磨损，保证SCR装置的长期稳定运行。
在本发明中，所述中温SCR脱硝装置(19)设有烟气进口和出气管路；其中，所述中温SCR脱硝装置(19)的烟气进口与所述除尘器(8)的烟气出口相连。
在本发明中，所述出气管路依次设有余热锅炉(12)和引风机(B2)，并通过烟囱排出净化气。在本发明中，所述余热锅炉(12)采用本领域技术人员熟知的串联或并联的连接关系均可，目的是对净化后的中高温烟气进行热量回收利用，降低整体投资和运行费用。
在本发明中，所述引风机(B2)用于对净化气的输送提供动力。
本发明提供的干法脱硫脱硝除尘装置能够进行水泥窑尾中低硫烟气干法脱硫脱硝除尘一体化工艺，采用低密度低床层不喷水的循环流化床干法脱硫塔，同步配套除尘器及中温SCR脱硝装置，实现水泥窑尾中低硫烟气的治理，能够使得烟气中的NOx控制在50mg/m3以下，SO2控制在35mg/m3以下，烟尘控制在5mg/m3以下，实现大气污染物的超低排放；同时可协同脱除HCl、HF、二噁英、重金属等多组分污染物，且整套系统无需防腐，零废水排放，烟囱排放透明；而且能够减轻粉尘对催化剂的毒害，减少系统堵塞和磨损，保证SCR装置的长期稳定运行。
本发明还提供了一种适用于水泥窑烟气的干法脱硫脱硝方法，采用上述技术方案所述的干法脱硫脱硝除尘装置，包括以下步骤：
a)将水泥窑烟气依次经分解、悬浮预热和降温后，与生料磨的烟气汇合，并在脱硫剂作用下进行干法脱硫，再经除尘，分别得到烟尘副产物和低硫低尘烟气；其中，所述烟尘副产物一部分循环进行上述干法脱硫，另一部分输送至生料库；所述干法脱硫的文丘里流速为30m/s～70m/s，直管段流速为3m/s～7m/s，床层为200Pa～800Pa；
b)将步骤a)得到的低硫低尘烟气进行中温SCR脱硝，回收热量后得到净化气。
本发明首先将水泥窑烟气依次经分解、悬浮预热和降温后，与生料磨的烟气汇合，并在脱硫剂作用下进行干法脱硫，再经除尘，分别得到烟尘副产物和低硫低尘烟气。
本发明对所述水泥窑烟气的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的水泥窑烟气即可。在本发明中，所述水泥窑烟气的SO2浓度优选为100mg/Nm3～1000mg/Nm3，即为中低硫烟气。
在本发明中，所述分解的过程在与水泥窑(1)相连的分解炉(2)中进行；所述悬浮预热的过程在悬浮预热器(3)中进行，所述悬浮预热的温度优选为350℃～400℃；所述降温的过程在降温装置(4)中进行。在本发明中，所述降温的温度优选为220℃～260℃。
在本发明中，经分解、悬浮预热和降温后的水泥窑烟气通过高温风机(B1)与生料磨(5)的烟气汇合，并在脱硫剂作用下进行干法脱硫。在本发明中，所述脱硫剂优选选自消石灰和/或电石渣，更优选为消石灰。在本发明优选的实施例中，所述水泥窑烟气的SO2浓度在500mg/Nm3以上，所述脱硫剂采用高活性、表面积更大的高品质消石灰。在本发明中，所述脱硫剂由脱硫剂仓(6)提供；本发明对所述脱硫剂的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。
在本发明中，所述干法脱硫的过程在脱硫塔(7)中进行，所述脱硫塔(7)采用低密度低床层不喷水的循环流化床干法脱硫塔；其中的烟气与脱硫剂在低密度低床层中混合进行反应，脱除烟气中的SO2、SO3、HCl、HF等酸性气态污染物，同时，循环流化床内高浓度碱性固体颗粒巨大比表面积的作用和高效的传质传热环境，无需外加吸附剂，烟气中几乎所有的二价Hg、大部分的元素Hg、二噁英被吸收和吸附脱除，可以实现烟气中重金属汞、二噁英的达标排放。
在本发明中，所述干法脱硫的文丘里流速优选为30m/s～70m/s，直管段流速优选为3m/s～7m/s，床层优选为200Pa～800Pa。在本发明中，当烟气中SO2浓度在500mg/Nm3以下时，床层优选为200Pa～500Pa；当烟气中SO2浓度在500mg/Nm3以上时，床层优选为500Pa～800Pa。
在本发明中，所述干法脱硫后的烟气中SO2浓度不大于35mg/Nm3。
在本发明中，所述除尘的过程在除尘器(8)中进行分别得到烟尘副产物和低硫低尘烟气；其中，所述烟尘副产物一部分循环进行上述干法脱硫，另一部分输送至生料库。在本发明优选的实施例中，除尘器(8)滤袋上的粉饼层物料中还含有一定量的脱硫剂，可以在脱除烟气粉尘的同时进一步吸收脱除烟气中的SO2、SO3和NOx；大量未反应完的脱硫剂则从布袋下端通过烟尘返料装置返回脱硫塔(7)重复利用，少部分反应完全的副产物通过副产物输送装置(9)送至生料库(10)，随生料进入悬浮预热器、分解炉进行氧化，最后进入回转窑固化到水泥熟料中；本发明对此没有特殊限制。
在本发明中，所述除尘的过滤风速优选小于等于1.2m/min，更优选小于等于1.05m/min。
在本发明中，所述除尘后的烟气中烟尘浓度不大于5mg/Nm3。
得到所述低硫低尘烟气后，本发明将得到的低硫低尘烟气进行中温SCR脱硝，回收热量后得到净化气。
在本发明中，所述中温SCR脱硝后的烟气中NOx浓度不大于50mg/Nm3。
在本发明中，所述回收热量后的净化气温度优选为80℃～100℃。
本发明提供了一种水泥窑尾中低硫烟气干法脱硫脱硝除尘装置，包括：依次相连的水泥窑、分解炉、悬浮预热器和降温装置；进气管路与降温装置的烟气出口相连的脱硫塔；所述进气管路设有高温风机，并分别与生料磨、脱硫剂仓和烟尘返料装置相连；所述脱硫塔为低密度低床层不喷水的循环流化床干法脱硫塔；烟气进口与脱硫塔的烟气出口相连的除尘器；除尘器的副产物出口通过所述烟尘返料装置与所述进气管路相通，同时通过副产物输送装置与所述生料库相连；烟气进口与除尘器的烟气出口相连的中温SCR脱硝装置；所述中温SCR脱硝装置设有出气管路；所述出气管路依次设有余热锅炉和引风机，并通过烟囱排出净化气。与现有技术相比，本发明提供的干法脱硫脱硝除尘装置能够在高效脱硫脱硝除尘的同时，可协同脱除HCl、HF、二噁英、重金属等多组分污染物，且无需防腐、零废水排放、烟囱排放透明，同时能够长期稳定运行。实验结果表明，本发明提供的干法脱硫脱硝除尘装置能够使得烟气中的NOx控制在50mg/m3以下，SO2控制在35mg/m3以下，烟尘控制在5mg/m3以下，实现大气污染物的超低排放。
另外，本发明提供的干法脱硫脱硝除尘装置采用中温SCR脱硝，无需再对烟气进行升温，节省了大量能耗；同时烟尘副产物可返回生料库进行循环利用；并且该干法脱硫脱硝除尘装置大幅度降低了脱硫塔高度，有效减少了除尘器的过滤面积，除尘器可利用原有尾排除尘器，烟气阻力小，系统简单，电耗低，而且净化后的中高温烟气可进行热量回收利用，整体投资和运行费用较低，具有明显的技术和经济应用优势。
为了进一步说明本发明，下面通过以下实施例进行详细说明。
实施例1
本发明实施例提供的水泥窑尾中低硫烟气干法脱硫脱硝除尘装置的结构示意图参见图1所示；其中，1为水泥窑，2为分解炉，3为悬浮预热器，4为余热锅炉，B1为高温风机，5为生料磨，6为脱硫剂仓，7为低密度低床层不喷水的循环流化床干法脱硫塔，8为布袋除尘器，9为气力输送仓泵，10为生料库，11为中温SCR脱硝装置，12为余热锅炉，B2为引风机。
该干法脱硫脱硝除尘装置的连接关系具体为：水泥窑(1)出气口连接至分解炉(2)的进气口，分解炉(2)的出气口连接至悬浮预热器(3)的进气口，余热锅炉(4)的进气口连接至悬浮预热器(3)的出气口，余热锅炉(4)的烟气出口连接至高温风机(B1)的进气口，高温风机(B1)设置在进气管路，进气管路分别与生料磨(5)出料口、脱硫剂仓(6)的出料口相连，并与低密度低床层不喷水的循环流化床干法脱硫塔(7)相通，低密度低床层不喷水的循环流化床干法脱硫塔(7)的烟气出口与布袋除尘器(8)的烟气进口相连，布袋除尘器(8)的副产物出口通过空气斜槽与进气管路相通，同时通过气力输送仓泵(9)与生料库(10)相连，布袋除尘器(8)的烟气出口与中温SCR脱硝装置(11)的烟气进口相连，中温SCR脱硝装置(11)的出气管路依次设有余热锅炉(12)和引风机(B2)，并通过烟囱排出净化气。
采用上述干法脱硫脱硝除尘装置进行水泥窑烟气干法脱硫脱硝除尘一体化工艺，具体工作过程如下：
1)水泥窑尾烟气依次经过水泥窑(1)、分解炉(2)分解、悬浮预热器(3)预热后，烟气温度为350℃～400℃，再进入余热锅炉(4)降温后，烟气温度降至220℃～260℃，随后烟气通过高温风机(B1)与生料磨(5)的烟气汇合后，同脱硫剂仓(6)中的脱硫剂一起进入低密度低床层不喷水的循环流化床干法脱硫塔(7)进行干法脱硫，文丘里流速为30m/s～70m/s，直管段流速为3m/s～7m/s；再经布袋除尘器(8)除尘，过滤风速小于等于1.05m/min，分别得到烟尘副产物和低硫低尘烟气；其中，所述烟尘副产物大部分经空气斜槽返回低密度低床层不喷水的循环流化床干法脱硫塔(7)重复利用，循环进行上述干法脱硫，少部分反应完全的副产物通过副产物输送装置(9)送至生料库(10)，随生料进入悬浮预热器、分解炉进行氧化，最后进入回转窑固化到水泥熟料中。
2)低硫低尘烟气在中温SCR脱硝装置(11)中进行中温SCR脱硝，烟气中SO2、NOx、烟尘、SO3、HF、HCl、汞、二噁英等多种污染物被高效协同脱除；净化后的烟气再通过余热锅炉(12)进行余热回收利用后，烟气温度降至80℃～100℃，最后在引风机(B2)作用下排出烟囱。
本发明实施例1涉及的技术参数及相应技术效果如下：水泥生产熟料2500t/d，烟气量为250000Nm3/h(干标)，原烟气NOx浓度约为400mg/Nm3，SO2浓度约为400mg/Nm3，低密度低床层不喷水的循环流化床干法脱硫塔(7)的床层控制为450Pa，使用Ca(OH)2作脱硫剂，Ca/S约1.6～1.8，仅脱硫塔(7)及除尘器(8)高度可降低约18m，脱硫塔(7)、除尘器(8)的本体及钢架重量可减少约180吨，节省约1373条布袋、袋笼，可较常规的循环流化床干法脱硫除尘降低投资40％左右，若利用原有尾排除尘器，则投资将节省65％以上；而且仅水系统就节省电耗约77kw/h，阻力节省电耗约100kw/h，运行费用完全可以抵消甚至降低脱硫剂多消耗量产生费用；整个工艺流程简单，操作简便，运行稳定，运行后烟气中的NOx控制在50mg/m3以下，SO2控制在35mg/m3以下，烟尘控制在5mg/m3以下，实现大气污染物的超低排放，并且可协同脱除SO3、HF、HCl、汞、二噁英等多种污染物，且无废水(渣)二次污染产生、无需防腐处理。而且能够减轻粉尘对催化剂的毒害，减少系统堵塞和磨损，保证SCR装置的长期稳定运行。
所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (11)
1.一种水泥窑尾中低硫烟气干法脱硫脱硝除尘装置，包括：
依次相连的水泥窑、分解炉、悬浮预热器和降温装置；
进气管路与降温装置的烟气出口相连的脱硫塔；所述进气管路设有高温风机，并分别与生料磨、脱硫剂仓和烟尘返料装置相连；所述脱硫塔为低密度低床层不喷水的循环流化床干法脱硫塔；
烟气进口与脱硫塔的烟气出口相连的除尘器；除尘器的副产物出口通过所述烟尘返料装置与所述进气管路相通，同时通过副产物输送装置与所述生料库相连；
烟气进口与除尘器的烟气出口相连的中温SCR脱硝装置；所述中温SCR脱硝装置设有出气管路；所述出气管路依次设有余热锅炉和引风机，并通过烟囱排出净化气。
2.根据权利要求1所述的干法脱硫脱硝除尘装置，其特征在于，所述降温装置包括增湿塔、余热锅炉和冷风阀中的一种或多种组合。
3.根据权利要求1所述的干法脱硫脱硝除尘装置，其特征在于，所述除尘器包括电袋复合除尘器和布袋除尘器中的一种或两种组合。
4.根据权利要求1所述的干法脱硫脱硝除尘装置，其特征在于，所述烟尘返料装置包括空气斜槽、气力输送仓泵、拉链机、斗式提升机和带式输送机中的一种或多种组合。
5.根据权利要求1所述的干法脱硫脱硝除尘装置，其特征在于，所述副产物输送装置包括气力输送仓泵、拉链机、斗式提升机和带式输送机中的一种或多种组合。
6.一种水泥窑尾中低硫烟气干法脱硫脱硝除尘方法，其特征在于，采用权利要求1～5任一项所述的干法脱硫脱硝除尘装置，包括以下步骤：
a)将水泥窑烟气依次经分解、悬浮预热和降温后，与生料磨的烟气汇合，并在脱硫剂作用下进行干法脱硫，再经除尘，分别得到烟尘副产物和低硫低尘烟气；其中，所述烟尘副产物一部分循环进行上述干法脱硫，另一部分输送至生料库；所述干法脱硫的文丘里流速为30m/s～70m/s，直管段流速为3m/s～7m/s，床层为200Pa～800Pa；
b)将步骤a)得到的低硫低尘烟气进行中温SCR脱硝，回收热量后得到净化气。
7.根据权利要求6所述的干法脱硫脱硝除尘方法，其特征在于，步骤a)中所述水泥窑烟气的SO2浓度为100mg/Nm3～1000mg/Nm3。
8.根据权利要求6所述的干法脱硫脱硝除尘方法，其特征在于，步骤a)中所述降温的温度为220℃～260℃。
9.根据权利要求6所述的干法脱硫脱硝除尘方法，其特征在于，步骤a)中所述脱硫剂选自消石灰和/或电石渣。
10.根据权利要求6所述的干法脱硫脱硝除尘方法，其特征在于，步骤a)中所述除尘的过滤风速小于等于1.2m/min。
11.根据权利要求6所述的干法脱硫脱硝除尘方法，其特征在于，步骤b)中所述回收热量后的净化气温度为80℃～100℃。
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