CN112023694A - 一种水泥窑炉烟气后置高效脱硝装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种水泥窑炉烟气后置高效脱硝装置及方法，属于水泥窑炉烟气处理技术领域。该脱硝装置包括引风机、脱硝剂储存装置、脱硝氧化塔、脱硝吸收还原塔、脱硝氧化催化剂罐、脱硝吸收还原催化剂罐、耐酸泵、排风机及烟囱。本发明通过增加设备及添加组分的方式，使水泥窑炉烟气中的NO2、NO在脱硝氧化塔和脱硝吸收还原塔内进行反应，得到洁净排放的N2、CO2和H2O产物，达到烟气绿色排放的目的。本发明采用强制氧化‑吸收还原技术，操作步骤较为简单、安全，本发明中的脱硝剂的制备原料来源广泛，价格便宜，制得的脱硝剂可局部循环使用，直至逐渐全部被消耗，节约成本，符合经济性要求。

Description

一种水泥窑炉烟气后置高效脱硝装置及方法
技术领域：
本发明属于水泥窑炉烟气处理技术领域，具体涉及一种水泥窑炉烟气后置高效脱硝装置及方法。
背景技术：
近年来，随着我国工业技术的迅猛发展，NOX(主要以NO计)的排放问题日益严重。水泥行业氮氧化物的排放量占全国工业排放总量的15％左右，已经成为继火力发电、汽车尾气之后的第三大氮氧化物排放大户。而NOX是大气污染的重要污染源之一，这不仅是形成雾霾、酸雨、光化学烟雾的重要成因，而且它还会造成大气臭氧层的破坏，从而对生态环境和人类身体健康都造成极大地危害；因此，探讨水泥行业的最佳可行性脱硝技术显得尤为迫切。
目前，控制水泥窑炉中NOX排放的主要烟气脱硝方法有选择性催化还原(SCR)和选择性非催化还原(SNCR)；其中选择性催化还原(SCR)技术是在160～400℃下，以尿素、氨水和液氨产生的氨气作为还原剂，在催化剂的作用下，选择性地与NOX进行反应，产生N2和水，脱硝效率可达70～90％，选择性催化还原技术脱硝效率高且技术成熟可靠，但该技术投资费用大且运行成本高，特别是固相催化剂因在脱硝中重金属离子等因素而中毒失效后的再生和处理已成为目前普遍的难题。选择性非催化还原(SNCR)技术是在800～1100℃下，喷入还原剂，还原剂迅速热解出的NH3气，与NOX反应生成N2和水，脱硝效率一般小于50％，选择性非催化还原技术投资费用较低，但该技术对温度要求严苛，因此对氨喷射的控制要求高，并且由于选择性非催化还原技术脱硝效率低，导致最终经过处理后的烟气难以达到烟气的排放标准。
发明内容：
本发明针对现有技术存在的上述问题，提供一种操作步骤简单、运行成本低、无二次污染的水泥窑炉烟气后置高效脱硝装置及方法。
本发明提供的一种水泥窑炉烟气后置高效脱硝装置包括引风机1、脱硝剂储存装置、脱硝氧化塔9、脱硝吸收还原塔13、脱硝氧化催化剂罐10、脱硝吸收还原催化剂罐14、第一耐酸泵11、第二耐酸泵15、排风机17及烟囱18。
所述脱硝剂储存装置包括脱硝氧化剂储存罐4、脱硝缚酸剂储存罐5及脱硝氧化剂和脱硝缚酸剂的混合脱硝剂储存罐6，所述脱硝氧化剂储存罐4、所述脱硝缚酸剂储存罐5及所述混合脱硝剂储存罐6内均装有搅拌器7，所述脱硝氧化剂储存罐4及所述脱硝缚酸剂储存罐5分别通过管道与所述混合脱硝剂储存罐6相连接，所述混合脱硝剂储存罐6通过管道与所述脱硝氧化塔9的烟气进口管道连接，所述混合脱硝剂储存罐6与所述脱硝氧化塔9的烟气进口烟道之间设有第一控制阀8。
进口烟气通过所述引风机1及烟气进口的烟道与所述脱硝氧化塔9连接，所述烟气进口的烟道中设有第一高压喷枪2及第二高压喷枪3，所述脱硝氧化塔9的下方通过第二控制阀12与所述脱硝氧化催化剂罐10连接。
所述脱硝氧化塔9的上部装有多层喷淋装置，所述脱硝氧化塔9上部的多层喷淋装置通过所述第一耐酸泵11与所述脱硝氧化催化剂罐10相连接，形成部分循环；所述脱硝氧化塔9的上部通过管道与所述脱硝吸收还原塔13连接。
所述脱硝吸收还原塔13的下方通过第三控制阀16与所述脱硝吸收还原催化剂罐14连接，所述脱硝吸收还原塔13的上部装有多层喷淋装置，所述脱硝吸收还原塔13上部的多层喷淋装置通过第二耐酸泵15与所述脱硝吸收还原催化剂罐14相连接，形成部分循环。所述烟囱18通过排风机17与所述脱硝吸收还原塔13的上部相连接。
本发明同时提供一种水泥窑炉烟气后置高效脱硝方法，该脱硝方法具体步骤如下：
(1)当含有NO的窑炉烟气从引风机1通过烟道经过脱硝氧化塔9期间，利用高压喷枪将所述混合脱硝剂储存罐6内的混合脱硝剂喷入到所述引风机1与所述脱硝氧化塔9之间的烟道，使所述混合脱硝剂与所述含有NO的窑炉烟气逆向充分接触，所述含有NO的窑炉烟气及所述混合脱硝剂最终以雾状混合物的形式进入到所述脱硝氧化塔9，所述混合脱硝剂为脱硝氧化剂和脱硝缚酸剂按照摩尔比1：1混合而成；所述混合脱硝剂由脱硝氧化剂和脱硝缚酸剂按照摩尔比1：1混合而成；所述脱硝氧化剂的组成及重量百分数为：质量浓度5％～10％的亚氯酸钠水溶液50％和质量浓度5％～10％的次氯酸钠水溶液50％，所述脱硝缚酸剂的组成及重量百分比为：质量浓度5％～10％的草酸水溶液50％和质量浓度5％～10％的柠檬酸水溶液50％。
(2)所述含有NO的窑炉烟气及所述混合脱硝剂的雾化混合物通过烟道进入到所述脱硝氧化塔9后，所述脱硝氧化塔9中的第一耐酸泵11从所述脱硝氧化催化剂罐10中抽取氧化催化剂对雾状混合物进行除雾，所述脱硝氧化催化剂通过所述脱硝氧化塔9上部的喷淋装置喷淋到所述脱硝氧化塔9中，所述脱硝氧化催化剂与所述含有NO的窑炉烟气及所述混合脱硝剂的雾状混合物逆向充分接触，将烟气中的NO氧化成高价态的氮氧化物。
(3)所述脱硝氧化塔9中反应后的混合烟气继续通过烟气出口管进入到所述脱硝吸收还原塔13中，所述脱硝吸收还原塔13中的第二耐酸泵15将从所述脱硝吸收还原催化剂罐14中抽取脱硝吸收还原催化剂进行除雾，所述脱硝吸收还原催化剂喷淋到所述脱硝吸收还原塔13中，所述脱硝吸收还原催化剂与所述脱硝氧化塔9中未反应完全的NO、高价态的氮氧化物烟气逆向接触，将高价态的氮氧化物还原为零价态的氮气(N2)，净化后的烟气通过所述脱硝吸收还原塔13顶端排出，然后通过所述出口烟气管道及所述排风机17，最终经烟囱18排出，排出物主要包括N2、CO2、H2O、O2及少量灰渣。
本发明在原来脱硝基础上，通过增加设备及添加组分达到烟气绿色排放的目的，本发明首先采用强制氧化-吸收还原法，用强氧化剂二氧化氯将废气中含量较大的NO进行部分的氧化，生成NO2，再通过调节NO2和NO的氧化度，随后，在雾化状态下，NO2、NO与脱硝氧化催化剂、脱硝吸收还原催化剂在脱硝氧化塔和脱硝吸收还原塔内进行反应，得到可以洁净排放的N2、CO2和H2O产物。
本发明具有以下技术特点：
(1)本发明采用强制氧化-吸收还原技术，操作步骤较为简单、安全，有效地避免了使用大批量固体催化剂的投资更换，达到节省投资和运行维护费用的目的。
(2)本发明属于低温脱硝，温度控制在40～100℃，当温度控制在40～80℃时，脱硝效率最佳。
(3)本发明高压喷枪逆向安置，保证混合脱硝剂与进口烟气的接触面积最大，雾化效果更好，反应相对更加彻底。
(4)本发明脱硝剂组分的制备原料来源广泛，价格便宜，制得的脱硝剂可局部循环使用，直至逐渐全部被消耗。
(5)本发明利用脱硝氧化塔与脱硝还原塔相结合的方式，通过增加烟道的流程，对末端烟气进行治理，使NOX排放浓度大幅度降低，脱硝后的产物为N2、CO2和H2O，无二次污染物产生，大大减少了对空气的污染，达到绿色排放的目的。
附图说明：
图1为本发明中一种水泥窑炉烟气后置脱硝装置的结构示意图。
图中：1：引风机；2：第一高压喷枪；3：第二高压喷枪；4：脱硝氧化剂储存罐；5：脱硝缚酸剂储存罐；6：混合脱硝剂储存罐；7：搅拌器；8：第一控制阀；9：脱硝氧化塔；10：脱硝氧化催化剂罐；11：第一耐酸泵；12：第二控制阀；13：脱硝吸收还原塔；14：脱硝吸收还原催化剂罐；15：第二耐酸泵；16：第三控制阀；17：排风机；18：烟囱。
具体实施方式：
为了对本发明的目的、技术方案以及优点做出更加明确的阐述，结合以下具体实施例，对本发明进一步详细说明。
实施例1：在2500吨的水泥窑炉中，排放的烟气量为26Nm3/h，其中NO含量为150～200mg/Nm3，当烟气从引风机1排出时将混合的氧化剂、缚酸剂按摩尔比(1：1)混合后，氧化剂与缚酸剂的混合水溶液利用第一高压喷枪2及第二高压喷枪3逆向喷到烟道里，与烟气充分雾化接触，以雾状形式进入脱硝塔，消耗混合脱硝剂24～30Kg/h，进入脱硝塔之后，与脱硝氧化塔9中第一耐酸泵11从脱硝氧化催化剂罐10中抽取的氧化催化剂反应，经过脱硝氧化塔9反应后的烟气继续通过出口烟气管道进入到脱硝吸收还原塔13中，与脱硝吸收还原塔13中第二耐酸泵15从脱硝吸收还原催化剂罐14中抽取的吸收还原催化剂进行反应，塔中喷淋系统形成一个良性的循环过程。经过连续11天的运行，脱硝效率平均可达90.4％。
实施例2：在5000吨的水泥窑炉中，排放的烟气量为37Nm3/h，其中NO含量为240～350mg/Nm3，当烟气从引风机1排出时将混合的氧化剂、缚酸剂按摩尔比(1：1)混合后，氧化剂与缚酸剂的混合水溶液利用第一高压喷枪2及第二高压喷枪3逆向喷到烟道里，与烟气充分雾化接触，以雾状形式进入脱硝塔，消耗混合脱硝剂40～47Kg/h，进入脱硝塔之后，与脱硝氧化塔9中第一耐酸泵11从脱硝氧化催化剂罐10中抽取的氧化催化剂反应，经过脱硝氧化塔9反应后的烟气继续通过出口烟气管道进入到脱硝吸收还原塔13中，与脱硝吸收还原塔13中第二耐酸泵15从脱硝吸收还原催化剂罐14中抽取的吸收还原催化剂进行反应，塔中喷淋系统形成一个良性的循环过程。经过连续15天的运行，脱硝效率平均可达88.6％。
实施例3：在6300吨的水泥窑炉中，排放的烟气量为48Nm3/h，其中NO含量为360～450mg/Nm3，当烟气从引风机1排出时将混合的氧化剂、缚酸剂按摩尔比(1：1)混合后，氧化剂与缚酸剂的混合水溶液利用第一高压喷枪2及第二高压喷枪3逆向喷到烟道里，与烟气充分雾化接触，以雾状形式进入脱硝塔，消耗混合脱硝剂60～82Kg/h，进入脱硝塔之后，与脱硝氧化塔9中第一耐酸泵11从脱硝氧化催化剂罐10中抽取的氧化催化剂反应，经过脱硝氧化塔9反应后的烟气继续通过出口烟气管道进入到脱硝吸收还原塔13中，与脱硝吸收还原塔13中第二耐酸泵15从脱硝吸收还原催化剂罐14中抽取的吸收还原催化剂进行反应，塔中喷淋系统形成一个良性的循环过程。经过连续16天的运行，脱硝效率平均可达89.2％。

Claims (2)

1.一种水泥窑炉烟气后置高效脱硝装置，其特征在于该脱硝装置包括引风机(1)、脱硝剂储存装置、脱硝氧化塔(9)、脱硝吸收还原塔(13)、脱硝氧化催化剂罐(10)、脱硝吸收还原催化剂罐(14)、第一耐酸泵(11)、第二耐酸泵(15)、排风机(17)及烟囱(18)；所述脱硝剂储存装置包括脱硝氧化剂储存罐(4)、脱硝缚酸剂储存罐(5)及脱硝氧化剂和脱硝缚酸剂的混合脱硝剂储存罐(6)，所述脱硝氧化剂储存罐(4)、所述脱硝缚酸剂储存罐(5)及所述混合脱硝剂储存罐(6)内均装有搅拌器(7)，所述脱硝氧化剂储存罐(4)及所述脱硝缚酸剂储存罐(5)分别通过管道与所述混合脱硝剂储存罐(6)相连接，所述混合脱硝剂储存罐(6)通过管道与所述脱硝氧化塔(9)的烟气进口管道连接，所述混合脱硝剂储存罐(6)与所述脱硝氧化塔(9)的烟气进口烟道之间设有第一控制阀(8)；进口烟气通过所述引风机(1)及烟气进口的烟道与所述脱硝氧化塔(9)连接，所述烟气进口的烟道中设有第一高压喷枪(2)及第二高压喷枪(3)，所述脱硝氧化塔(9)的下方通过第二控制阀(12)与所述脱硝氧化催化剂罐(10)连接；所述脱硝氧化塔(9)的上部装有多层喷淋装置，所述脱硝氧化塔(9)上部的多层喷淋装置通过所述第一耐酸泵(11)与所述脱硝氧化催化剂罐(10)相连接，形成部分循环；所述脱硝氧化塔(9)的上部通过管道与所述脱硝吸收还原塔(13)连接；所述脱硝吸收还原塔(13)的下方通过第三控制阀(16)与所述脱硝吸收还原催化剂罐(14)连接，所述脱硝吸收还原塔(13)的上部装有多层喷淋装置，所述脱硝吸收还原塔(13)上部的多层喷淋装置通过所述第二耐酸泵(15)与所述脱硝吸收还原催化剂罐(14)相连接，形成部分循环；所述烟囱(18)通过所述排风机(17)与所述脱硝吸收还原塔(13)的上部相连接。
2.如权利要求1所述的一种水泥窑炉烟气后置脱硝装置的脱硝方法，其特征在于该方法具体步骤如下：
(1)当含有NO的窑炉烟气从所述引风机(1)通过烟道经过所述脱硝氧化塔(9)期间，利用高压喷枪将所述混合脱硝剂储存罐(6)内的混合脱硝剂喷入到所述引风机(1)与所述脱硝氧化塔(9)之间的烟道，使所述混合脱硝剂与所述含有NO的窑炉烟气逆向充分接触，所述含有NO的窑炉烟气及所述混合脱硝剂最终以雾状混合物的形式进入到所述脱硝氧化塔(9)；所述混合脱硝剂为脱硝氧化剂和脱硝缚酸剂按照摩尔比1：1混合而成，所述混合脱硝剂由脱硝氧化剂和脱硝缚酸剂按照摩尔比1：1混合而成，所述脱硝氧化剂的组成及重量百分数为：质量浓度5％～10％的亚氯酸钠水溶液50％和质量浓度5％～10％的次氯酸钠水溶液50％，所述脱硝缚酸剂的组成及重量百分比为：质量浓度5％～10％的草酸水溶液50％和质量浓度5％～10％的柠檬酸水溶液50％；
(2)所述含有NO的窑炉烟气及所述混合脱硝剂的雾化混合物通过烟道进入到所述脱硝氧化塔(9)后，所述脱硝氧化塔(9)中的所述第一耐酸泵(11)从所述脱硝氧化催化剂罐(10)中抽取氧化催化剂对雾状混合物进行除雾，所述脱硝氧化催化剂通过所述脱硝氧化塔(9)上部的喷淋装置喷淋到所述脱硝氧化塔(9)中，所述脱硝氧化催化剂与所述含有NO的窑炉烟气及所述混合脱硝剂的雾状混合物逆向充分接触，将烟气中的NO氧化成高价态的氮氧化物；
(3)所述脱硝氧化塔(9)中反应后的混合烟气继续通过烟气出口管进入到所述脱硝吸收还原塔(13)中，所述脱硝吸收还原塔(13)中的所述第二耐酸泵(15)将从所述脱硝吸收还原催化剂罐(14)中抽取脱硝吸收还原催化剂进行除雾，所述脱硝吸收还原催化剂喷淋到所述脱硝吸收还原塔(13)中，所述脱硝吸收还原催化剂与所述脱硝氧化塔(9)中未反应完全的NO、高价态的氮氧化物烟气逆向接触，将高价态的氮氧化物还原为零价态的氮气，净化后的烟气通过所述脱硝吸收还原塔(13)顶端排出，然后通过出口烟气管道及所述排风机(17)，最终经所述烟囱(18)排出。
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