CN110975565A - 具有精准sncr脱硝位置的水泥熟料生产线和脱硝方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有精准SNCR脱硝位置的水泥熟料生产线和脱硝方法，该水泥熟料生产线包括分解炉、燃烧器，回转窑和五级旋风筒系统；水泥熟料生产线还包括多个喷氨枪，多个喷氨枪分别设置在五级旋风筒本体和四级旋风筒本体中且位于筒锥部的上端并沿筒锥部圆周均布；喷氨枪的插入角度及深度能够调节。本发明位置的温度窗口满足氨水与氮氧化物反应要求，且反应时间较长(1.0～3.0s)，粉尘浓度低(100g/Nm3以内)，氨水与氮氧化物反应效率高，氨水利用率高，实现高效精准脱硝功能，且保证氨逃逸量低于安全环保限制值，减少氮氧化物对环境的污染，有助于进一步提升水泥行业的清洁生产水平。

Description

具有精准SNCR脱硝位置的水泥熟料生产线和脱硝方法
技术领域
本发明涉及水泥行业氮氧化物脱除技术范畴，具体地，涉及具有精准SNCR脱硝位置的水泥熟料生产线和脱硝方法。
背景技术
目前水泥工厂烟气脱硝末端治理技术主要有两种，其一：传统SNCR脱硝技术(选择性非催化还原技术)；其二：SCR脱硝技术(选择性催化还原技术)。
传统SNCR脱硝技术——采用氨水为还原剂，无催化剂，需要在850℃左右下与NOX反应，实现脱硝。但其反应效率较低，脱硝效率仅为60％左右，还原剂氨水消耗量大，排放的尾气中氨逃逸浓度较高，存在二次污染。
SCR脱硝技术——在专用的催化剂作用下，以氨水为还原剂，实现烟气脱硝，其反应温度一般在300-400℃左右。因催化剂的作用，提高了反应效率，脱硝效率可达90％，目前在电力等行业广泛应用。但水泥行业由于催化剂受熟料线粉尘、SO2排放等影响，容易中毒，导致催化剂失效，产生固体废弃物，SCR技术的应用仍存在诸多技术难题。
SNCR脱硝技术
选择性非催化还原(SNCR)脱硝技术是把含有NHx基的还原剂(如氨气、氨水或者尿素等)喷入分解炉温度为850℃～970℃的区域，在该温度区域的停留时间为0.5～2s，该还原剂迅速热分解成NH3和其它副产物，随后NH3与烟气中的NOx进行SNCR反应而生成N2，该技术的脱硝效率一般为30％～90％。
采用NH3作为还原剂，在温度为850℃～970℃的范围内，还原NOx的化学反应方程式主要为：
4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O
4NH3+2NO+2O2→3N2+6H2O
4NH3+6NO2→7N2+12H2O
SNCR脱硝技术影响因素
(1)喷枪雾化效果。喷枪的雾化效果，关系到氨水与氮氧化物的混合程度，直接影响氨水与NOx反应效率。喷入氨水往往无法覆盖整个脱硝截面，氨水不能与NOx很好的均匀混合接触并发生反应。
(2)反应温度窗口及CO浓度。氨水反应温度窗口为850-950℃，但当CO存在时，显著降低SNCR反应温度窗口，有研究表明，当CO浓度增加至1000ppm时，SNCR最佳反应温度约为850℃，当CO浓度增加至5000ppm时，SNCR反应最佳温度只有750℃。NH3与NOx反应之前，必须先生成NH2，触发NH3生成NH2的反应最重要的是NH3与OH反应，而OH同时也是CO氧化的反应物，由此，NH3和CO形成了对OH的竞争关系，主要反应如下：
NH3+OH→NH2+H2O 反应一
CO+OH→CO2+H 反应二
CO的存在会和NH3争夺OH，从而减少了NH2的生成，降低SNCR反应效率。
由于反应二产生H会继续进行如下反应：
H+O2→OH+O 反应三
O+H2O→2OH 反应四
当O2充足时，OH含量不仅没有因为反应二而减少，反而因为后续反应而增加，此外，反应二为放热反应，有利于提高局部温度，OH含量的增加和反应二放出热量，使反应一在较低温度下得以进行，所以SNCR反应温度窗口降低。
(3)反应时间。在温度窗口内的反应时间直接影响SNCR脱硝效率，反应时间越长越有利于NOx还原，一般反应时间约0.5-2.5s。
因此，如何提供一种水泥熟料生产线，稳定控制各点喷氨量及合理布置系统喷氨点，提高喷入氨水的覆盖面，使得氨水与NOx很好的均匀混合接触并发生反应，并延长接触时间，以提高脱硝效果，是亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明从节能环保、绿色生产的角度出发，针对水泥烧成系统的工艺特点，研究适合于水泥工业使用的SNCR脱硝位置的选择，可实现SNCR脱硝的高效化和精准化，以进一步降低水泥工厂NOx排放浓度、降低脱硝氨水用量、减少系统氨逃逸对设备的腐蚀和对大气的二次污染，因此，本发明的目的是提供一种具有精准SNCR脱硝位置的水泥熟料生产线和脱硝方法，水泥熟料生产线确定了SNCR系统合理的氨水加入位置，该位置的温度窗口满足氨水与氮氧化物反应要求，且反应时间较长(1.0-3.0s)，该区域的粉尘浓度低(100g/Nm3以内)，氨水与氮氧化物反应效率高，氨水利用率高，通过在该位置布设氨水喷枪(喷氨枪)，实现高效精准脱硝功能，将水泥熟料生产过程中产生的氮氧化物转化为清洁无污染的氮气和水，整个过程中无废水和废液排出，且保证氨逃逸量低于安全环保限制值，通过合理控制实现水泥工厂烟气氮氧化物超低排放要求，减少氮氧化物对环境的污染，有助于进一步提升水泥行业的清洁生产水平。
为了实现上述目的，本发明提供了一种具有精准SNCR脱硝位置的水泥熟料生产线，包括分解炉、燃烧器，回转窑和五级旋风筒系统；五级旋风筒系统与回转窑和分解炉连接，所述五级旋风筒系统包括一级旋风筒、二级旋风筒、三级旋风筒、四级旋风筒、五级旋风筒；
水泥熟料生产线还包括多个喷氨枪，多个喷氨枪分别设置在五级旋风筒本体和四级旋风筒本体中且位于筒锥部的上端并沿筒锥部圆周均布；喷氨枪的插入角度及深度能够调节。
优选地，喷氨枪在筒锥部的深度在中心线方向能够达到内筒边缘。
优选地，喷氨枪从筒锥部上端倾斜向下设置，且与上方水平线的夹角为0-45度。
优选地，喷氨枪的伸入筒锥部的端部距离直筒部底端的垂直距离不大于800mm。
优选地，喷氨枪沿气体流场方向布置。
优选地，喷氨枪与筒锥部中心线的水平方向的夹角为0-45度。
本发明还提供一种应用前文所述的水泥熟料生产线的脱硝方法，优选地，包括根据水泥熟料线窑尾不同废气点烟气内氮氧化物含量不同，通过设定目标值，并根据脱硝反应温度窗口，调节喷氨枪的插入角度、深度，将氨水精确喷入反应区域。
优选地，氨水以雾滴形式喷入筒体内，并与气体流场一同运动。
优选地，氨水与氮氧化物反应时间为1.0-3.0s。
优选地，优选地，喷氨枪9的雾化范围内物料的浓度在100g/Nm3以内。
在上述技术方案中，本发明可应用与目前2000t/d～12000t/d所有规模水泥熟料生产线SNCR脱硝系统。相比较水泥行业传统的SNCR技术来讲，本发明重点在于确定了SNCR系统合理的氨水加入位置，该位置的温度窗口满足氨水与氮氧化物反应要求，且反应时间较长(1.0～3.0s)，粉尘浓度低(100g/Nm3以内)，氨水与氮氧化物反应效率高，氨水利用率高，通过在该位置布设氨水喷枪，实现高效精准脱硝功能，将水泥熟料生产过程中产生的氮氧化物转化为清洁无污染的氮气和水，整个过程中无废水和废液排出，且保证氨逃逸量低于安全环保限制值，通过合理控制实现水泥工厂烟气氮氧化物超低排放要求，减少氮氧化物对环境的污染，有助于进一步提升水泥行业的清洁生产水平。
本发明技术方案的主要创新点是：
(1)物料浓度低，有效提高了氨水反应效率
该方案给出的SNCR喷枪脱硝位置物料浓度较低，100g/Nm3以内，降低了氨水吸附在物料表面的几率，增加了氨水与氮氧化物的有效性，提高了氨水反应效率，降低氨水喷量及减少系统氨逃逸量。
(2)反应时间长，使氨水与氮氧化物反应更充分
以不同角度和深度将氨水喷枪布置在该处，氨水以雾滴形式进入，并与气体流场一同运动，增加了氨水与氮氧化物反应时间，反应时间在1.0-3.0s，氨水喷枪分别布置于五级旋风筒本体、四级旋风本体。通过选点选择适宜反应温度场，调节喷枪插入角度及深度，加强雾化混合效果，延长接触时间，提高反应效率。
本系统已在100多条熟料产能规模在2000t/d～12000t/d生产线实施运行，以一条5000t/d水泥熟料生产线为例，实际投入使用后，当标态NOX控制200mg/m3以下时，吨熟料氨水用量在2.2L/t左右(氨水用量530L/h左右)，氨逃逸量为3mg/m3左右且系统运行稳定，相比传统SNCR系统氨水用量节约1.5L/t左右，产生经济效益为吨熟料成本节约1.5元/t.cl左右。
本系统可应用于水泥熟料生产线窑尾废气处理系统，在生产线现有的SNCR系统中，按照本发明的位置设置喷氨枪，可实现SNCR精准高效脱硝，实施期间不影响系统运行，对水泥生产线运行无影响。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明一种具体的实施方式中水泥熟料生产线的结构示意图；
图2是喷氨枪在筒锥部中的位置的侧视结构示意图；
图3是喷氨枪在筒锥部中的位置的俯视结构示意图。
附图标记说明
1 分解炉 2 燃烧器
3 回转窑 4 一级旋风筒
5 二级旋风筒 6 三级旋风筒
7 四级旋风筒 8 五级旋风筒
9 喷氨枪
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本发明中，在未作相反说明的情况下，“上、下、内、外、底、顶”等包含在术语中的方位词仅代表该术语在常规使用状态下的方位，或为本领域技术人员理解的俗称，而不应视为对该术语的限制。
如图1、图2和图3所示，本发明提供一种具有精准SNCR脱硝位置的水泥熟料生产线，包括分解炉1、燃烧器2，回转窑3和五级旋风筒8系统；五级旋风筒8系统与回转窑3和分解炉1连接，所述五级旋风筒8系统包括一级旋风筒4、二级旋风筒5、三级旋风筒6、四级旋风筒7、五级旋风筒8；水泥熟料生产线还包括多个喷氨枪9，多个喷氨枪9分别设置在五级旋风筒8本体和四级旋风筒7本体中且位于筒锥部的上端并沿筒锥部圆周均布；喷氨枪9的插入角度及深度能够调节。
在上述技术方案中，本发明可应用与目前2000t/d～12000t/d所有规模水泥熟料生产线SNCR脱硝系统。相比较水泥行业传统的SNCR技术来讲，本发明重点在于确定了SNCR系统合理的氨水加入位置，该位置的温度窗口满足氨水与氮氧化物反应要求，且反应时间较长(1.0～3.0s)，粉尘浓度低(100g/Nm3以内)，氨水与氮氧化物反应效率高，氨水利用率高，通过在该位置布设氨水喷枪，实现高效精准脱硝功能，将水泥熟料生产过程中产生的氮氧化物转化为清洁无污染的氮气和水，整个过程中无废水和废液排出，且保证氨逃逸量低于安全环保限制值，通过合理控制实现水泥工厂烟气氮氧化物超低排放要求，减少氮氧化物对环境的污染，有助于进一步提升水泥行业的清洁生产水平。水泥窑预热器的四级旋风筒7和五级旋风筒8可作为SNCR精准脱硝位置，究其原因我们认为，是因为此处旋风筒本体风速较小，一般在3-5m/s，且含尘量低，理论计算气体停留可达到0.4～0.8s，更有利于NOx减排；根据旋风筒收尘粉尘沿边缘下滑收集，中部空间为空气的特点，结合CFD模拟空气和物料流场情况，选择在五级旋风筒8和四级旋风筒7的进风口下方本体(筒锥部)设置氨水喷枪进行NOx减排。脱硝氨水位置接入点主要在五级旋风筒8，但当预热器系统CO浓度较高时，四级旋风筒7位置的脱硝作用逐渐显现。
为了进一步提高脱硝效果，减伤氨水的用量和逃逸量，在本发明一种优选的实施方式中，喷氨枪9在筒锥部的深度在中心线方向能够达到内筒边缘。
为了进一步提高脱硝效果，减伤氨水的用量和逃逸量，在本发明一种优选的实施方式中，喷氨枪9从筒锥部上端倾斜向下设置，且与上方水平线的夹角为0-45度。
为了进一步提高脱硝效果，减伤氨水的用量和逃逸量，在本发明一种优选的实施方式中，喷氨枪9的伸入筒锥部的端部距离直筒部底端的垂直距离不大于800mm。
为了进一步提高脱硝效果，减伤氨水的用量和逃逸量，在本发明一种优选的实施方式中，喷氨枪9沿气体流场方向布置。
为了进一步提高脱硝效果，减伤氨水的用量和逃逸量，在本发明一种优选的实施方式中，喷氨枪9与筒锥部中心线的水平方向的夹角为0-45度。
本发明还提供一种应用前文所述的水泥熟料生产线的脱硝方法，在本发明一种优选的实施方式中，包括根据水泥熟料线回转窑3窑尾不同废气点烟气内氮氧化物含量不同，通过设定目标值，并根据脱硝反应温度窗口，调节喷氨枪9的插入角度、深度，将氨水精确喷入反应区域。
在本发明一种优选的实施方式中，氨水以雾滴形式喷入筒体内，并与气体流场一同运动。
在本发明一种优选的实施方式中，氨水与氮氧化物反应时间为1.0-3.0s。
在本发明一种优选的实施方式中，在本发明一种优选的实施方式中，喷氨枪9的雾化范围内物料的浓度在100g/Nm3以内。
本发明技术方案的主要创新点是：
(1)物料浓度低，有效提高了氨水反应效率
该方案给出的SNCR喷枪脱硝位置物料浓度较低，在100g/Nm3以内，降低了粉尘对脱硝反应的影响，增加了氨水与氮氧化物化学反应的有效性，提高了氨水反应效率，降低氨水喷量及减少系统氨逃逸量。
(2)反应时间长，使氨水与氮氧化物反应更充分
以不同角度和深度将氨水喷枪布置在该处，氨水以雾滴形式进入，并与气体流场一同运动，增加了氨水与氮氧化物反应时间，反应时间在1.0-3.0s，氨水喷枪分别布置于五级旋风筒8本体的锥部、四级旋风筒7本体的锥部。通过选点选择适宜反应温度场，调节喷枪插入角度及深度，加强雾化混合效果，延长接触时间，提高反应效率。
本系统已在100多条熟料产能规模在2000t/d-12000t/d生产线实施运行，以一条5000t/d水泥熟料生产线为例，实际投入使用后，当标态NOX控制200mg/m3以下时，吨熟料氨水用量在2.2L/t左右(氨水用量530L/h左右)，氨逃逸量为3mg/m3左右且系统运行稳定，相比传统SNCR系统氨水用量节约1.5L/t左右，产生经济效益为吨熟料成本节约1.5元/t.cl左右。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种具有精准SNCR脱硝位置的水泥熟料生产线，其特征在于，包括分解炉(1)、燃烧器(2)，回转窑(3)和五级旋风筒(8)系统；五级旋风筒(8)系统与回转窑(3)和分解炉(1)连接，所述五级旋风筒(8)系统包括一级旋风筒(4)、二级旋风筒(5)、三级旋风筒(6)、四级旋风筒(7)、五级旋风筒(8)；
水泥熟料生产线还包括多个喷氨枪(9)，多个喷氨枪(9)分别设置在五级旋风筒(8)本体和四级旋风筒(7)本体中且位于筒锥部的上端并沿筒锥部圆周均布；喷氨枪(9)的插入角度及深度能够调节。
2.根据权利要求1所述的水泥熟料生产线，其特征在于，喷氨枪(9)在筒锥部的深度在中心线方向能够达到内筒边缘。
3.根据权利要求2所述的水泥熟料生产线，其特征在于，喷氨枪(9)从筒锥部上端倾斜向下设置，且与上方水平线的夹角为0-45度。
4.根据权利要求3所述的水泥熟料生产线，其特征在于，喷氨枪(9)的伸入筒锥部的端部距离直筒部底端的垂直距离不大于800mm。
5.根据权利要求3所述的水泥熟料生产线，其特征在于，喷氨枪(9)沿气体流场方向布置。
6.根据权利要求5所述的水泥熟料生产线，其特征在于，喷氨枪(9)与筒锥部中心线的水平方向的夹角为0-45度。
7.一种应用权利要求1-6任一项所述的水泥熟料生产线的脱硝方法，其特征在于，包括根据水泥熟料线窑尾不同废气点烟气内氮氧化物含量不同，通过设定目标值，并根据脱硝反应温度窗口，调节喷氨枪(9)的插入角度、深度，将氨水精确喷入反应区域。
8.根据权利要求7所述的脱硝方法，其特征在于，氨水以雾滴形式喷入筒体内，并与气体流场一同运动。
9.根据权利要求7所述的脱硝方法，其特征在于，氨水与氮氧化物反应时间为1.0-3.0s。
10.根据权利要求7所述的脱硝方法，其特征在于，其特征在于，喷氨枪(9)的雾化范围内物料的浓度在100g/Nm3以内。
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