CN114797432A - 一种利用水泥厂烟气调温喷氨脱硝的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用水泥厂烟气调温喷氨脱硝的装置和方法，该装置包括水泥预热器、分解炉、回转窑、篦冷机、氨水气化装置及将上述部件依次相连的输送管道，氨水气化装置外接有氨水供应管道，所述水泥预热器和分解炉同时与氨水气化装置通过输送管道相连，所述水泥预热器与氨水气化装置之间输送低温烟气，所述篦冷机和氨水气化装置之间输送高温烟气；所述工艺方法通过控制高低温烟气配比和氨水流量，将高低温烟气与氨水在装置中进行混合气化后，获得适合脱硝反应的最佳温度。不仅充分可以利用烟气余热，而且极大地提高了分解炉内脱硝反应的效率，实现了超低排放，降低了水泥工业排放的氮氧化物对环境的污染。
Description
技术领域
本发明涉及一种调温喷氨脱硝的装置和方法，尤其涉及一种利用水泥厂烟气调温喷氨脱硝的装置和方法。
背景技术
降低NOx排放是当前水泥生产企业面临的一个重要问题。目前常用的NOx脱除手段包括低NOx燃烧器、分级燃烧技术、非选择性催化还原(SNCR)、选择性催化还原(SCR)等。由于回转窑的温度较高，很难明显的降低回转窑中产生的热力型NOx,所以降低NOx的主要措施落在了可调性较强的分解炉上。分解炉内主要以煤燃烧产生的燃料型NOx为主，通过调节分解炉内配风及加煤方式可以实现炉内分级燃烧，减少NOx的生成，此外通过炉内SNCR喷氨系统，对烟气中的NOx进行还原，可以进一步降低分解炉NOx排放量。然而采用喷氨进行脱硝时，由于喷入分解炉内的氨水与烟气发生的物理化学反应较为复杂，粒径小的氨水液滴穿透能力差，穿透距离较短，与烟气混合效果差，进而影响脱硝效率；粒径大的氨水液滴会导致蒸发时间变长，影响炉内反应流场，并有可能产生氨逃逸的现象。并且目前氨水进入分解炉脱硝的温度并不是氨水发生化学反应的最佳温度，影响了氨水脱硝的效率。
发明内容
发明目的：本发明旨在提供一种能实现脱硝效率高、氮氧化物超低排放的利用水泥厂烟气调温喷氨脱硝的装置，可以充分利用水泥厂预热器出口烟气和篦冷机出口烟气用于氨水气化，降低氨水脱硝的整体运行成本；本发明的另一目的在于提供一种运行成本低、脱硝效率高的利用上述装置进行调温喷氨脱硝的方法。
技术方案：本发明所述的利用水泥厂烟气调温喷氨脱硝的装置，包括水泥预热器、分解炉、回转窑、篦冷机、氨水气化装置及将上述部件依次相连的输送管道，氨水气化装置外接有氨水供应管道，所述水泥预热器和分解炉同时与氨水气化装置通过输送管道相连，所述水泥预热器与氨水气化装置之间输送低温烟气，所述篦冷机和氨水气化装置之间输送高温烟气。
优选地，所述水泥预热器为五级旋风筒预热器，各级旋风筒预热器之间由气体管道相连，第四级旋风预热器和第五级旋风预热器均与分解炉连接。
优选地，所述氨水供应管道依次设有氨水供应泵、计量装置和控制装置；所述输送管道上均设有引风机、计量装置和控制装置。所述控制装置连接至计算机，通过计算机进行调控物料流量和温度；所述计量装置包括温度计量装置、压力计量装置和流量计量装置。
优选地，所述氨水气化装置进出口呈逆流布置，其结构为卧式或立式型。
上述装置的利用水泥厂烟气调温喷氨脱硝的方法，包括以下步骤：
（1）经水泥预热器喂入生料，进入分解炉内后加入煤粉进行燃烧；分解炉的主要作用是生料中的碳酸盐进行分解，碳酸盐分解属于吸热反应，为了维持炉内稳定，在分解炉内需加入一定量的煤粉作为燃烧释放热量。煤粉燃烧会释放大量燃料型NOx，且由于分解炉处于较高温度，在分解过程会产生热力型NOx。由于要满足大气污染物国家排放标准和保护环境的需要，急需对分解炉产生的NOx进行处理。本发明采用水泥厂烟气调温进行喷氨脱硝的方法；
（2）燃烧后通过分解炉出口的NOx测量值计算脱硝反应所需的氨水质量；
（3）通过氨水供应管道将氨水喷入氨水气化装置中进行气化；
（4）分解炉的气流流经水泥预热器后，通过输送管道，引入290~310℃的低温烟气，从氨水气化装置上口进入；回转窑窑尾烟气流经篦冷机后，通过输送管道，引入1000~1100℃的高温烟气，从氨水气化装置下口进入，形成逆流布置，氨水和烟气接触，会在装置内产生扰流，氨水不断气化，并和烟气进行充分混合，充分利用了水泥预热器出口烟气和篦冷机出口烟气用于氨水气化；
（5）测得分解炉氨气反应区的温度，根据测得的温度信号调节进入氨水气化装置中的高低温烟气流量和氨水流量，并获得脱硝的反应温度；
（6）将氨水通入氨水气化装置，与高低温烟气充分混合后，经输送管道通入分解炉中，与氮氧化物在步骤（5）所述的反应温度下进行反应。
以氨水作为还原剂进行脱硝的主要化学反应如下所示：
4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O
4NH3+2NO+2O2→3N2+6H2O
8NH3+6NO2→7N2+12H2O。
优选地，步骤（5）中所述反应温度为870~1100℃。
优选地，所述高低温烟气进入氨水气化装置的比例从10%~90%变化，具体比例依据当时产生的NOx数值以及氨水用量，由计算机根据热力平衡公式计算获得：
传热方程Q=KAΔT，热平衡方程Q=c1m1(t2–t2＇)=c2m2(t1＇-t1)，其中K为氨水气化装置的传热系数，A为气化装置的传热面积，t1、t2为冷热流体的进口温度，t1＇、t2＇分别为冷热流体的出口温度。
上述技术方案中，所述的氨水气化装置若选择直接接触式换热器进行氨水气化，需注意的是，直接接触式换热器适用于气体和气化压力较低的液体，若通入分解炉的喷氨气流需要较高压力，可在输送管道处通过加压泵进行输送，以达到运行效果。
上述技术方案中，所述的氨水气化装置若采用间壁式换热器，利用了中介物的热传导，冷、热两种介质被固体间壁隔开，并通过间壁进行热量交换。这种换热器结构简单，操作可靠，可用于各种结构材料制造，且能在高温高压下使用，应用较为广泛。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：（1）脱硝效率高，氨水在进入分解炉之前先和高低温烟气混合气化，通过调节烟气和氨水流量，使氨水脱硝反应达到合适的温度和流量，显著改善了喷氨的效率，实现脱硝效率高达95%以上；（2）运行成本低，NOx排放少，本发明利用了水泥厂预热器出口烟气和篦冷机出口烟气用于氨水气化，采用简单的装置结构，不仅优化了原有的脱硝方法，降低能耗，节约能源，而且降低了氨水脱硝的整体运行成本，可实现系统NOx排放浓度从原来400~800 mg/Nm3降低至60 mg/Nm3以下，不仅达到国家规定的NOx排放标准，而且实现了超低排放，降低了水泥工业排放的氮氧化物对环境的污染。
附图说明
图1为本发明的装置结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
如图1所示的一种利用水泥厂烟气调温喷氨脱硝的装置，包括水泥预热器1、分解炉2、回转窑3、篦冷机4、引风机5、计量装置6、控制装置7、计算机8、氨水气化装置9、氨水供应泵10、氨水供应管道11。
各装置的连接方式为：水泥预热器1、分解炉6、回转窑7、篦冷机8、氨水气化装置15通过输送管道依次相连，氨水气化装置9外接有氨水供应管道11，所述水泥预热器1和分解炉2同时与氨水气化装置9通过输送管道相连，所述水泥预热器1与氨水气化装置9之间输送低温烟气，所述篦冷机4和氨水气化装置9之间输送高温烟气。其中，氨水气化装置9进出口呈逆流布置，低温烟气从其上口输入，高温烟气从其下口输入，其结构可以为卧式或立式型；水泥预热器1为五级旋风筒预热器。氨水气化装置9和分解炉2之间的输送管道尾部设置有氨水喷枪。
所述氨水供应管道11依次设有氨水供应泵10、计量装置6和控制装置7；所述输送管道上均设有引风机5、计量装置6和控制装置7。其中，计量装置6包括温度计量装置、压力计量装置和流量计量装置；控制装置7连接至计算机8，通过计算机8进行调控物料流量和温度。
所述装置的利用水泥厂烟气调温喷氨脱硝的方法，包括以下步骤：
（1）水泥生料首先从第二级预热器喂入，经过热气流吹散，在管道里进行充分的热交换，然后经一级旋风预热器进行气固分离，固体生料经过卸料管流入三级旋风预热器，在三级旋风预热器内进行第二次热交换，再经过第二级旋风预热器气固分离流入第四级旋风预热器，这样依次往复最终固体生料经第四级旋风预热器的卸料管进入分解炉2内，然后在分解炉2内后加入煤粉进行燃烧；
（2）通过分解炉2出口的NOx测量值计算脱硝反应所需的氨水质量；
（3）氨水供应泵10通过氨水供应管道11将氨水喷入氨水气化装置9中进行气化；
（4）经分解炉高温分解后产生的气体和固体流入第五级预热器中进行气固分离，气体经过分离依次从第四、三、二、一级预热器流出，通过输送管道，经引风机5引入低温烟气，低温烟气温度为290~310℃，从氨水气化装置9上口进入；分离得到的生料固体从卸料管送入回转窑3进行煅烧，回转窑3窑尾烟气流经篦冷机4后，通过输送管道，经引风机5引入高温烟气，高温烟气温度为1000~1100℃，从氨水气化装置9下口进入；
（5）由分解炉2氨气反应区的计量装置6测得反应区温度，并将温度信号传输至计算机8内，计算机8通过计量装置6调节进入氨水气化装置9中的高低温烟气流量和氨水流量，获得脱硝的最佳反应温度为870~1100℃；
（6）氨水经氨水供应泵10通过氨水供应管道11进入氨水气化装置9，与高低温烟气充分混合后，经输送管道尾部的喷枪喷入分解炉2中，与氮氧化物在最佳的温度下进行反应，将NOx还原成N2。
以氨水作为还原剂进行脱硝的主要化学反应如下所示：
4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O
4NH3+2NO+2O2→3N2+6H2O
8NH3+6NO2→7N2+12H2O。
所述的高低温烟气进入氨水气化装置9的比例从10%~90%变化。具体比例依据当时产生的NOx数值以及氨水用量，由计算机根据热力平衡公式计算获得：传热方程Q=KAΔT，热平衡方程Q=c1m1(t2–t2＇)=c2m2(t1＇-t1)，其中K为氨水气化装置的传热系数，A为气化装置的传热面积，t1、t2为冷热流体的进口温度，t1＇、t2＇分别为冷热流体的出口温度。
采用本发明所述的利用水泥厂烟气调温喷氨脱硝的方法和装置，使用微量氨水（氨水使用量小于2.5kg/t熟料），即可实现脱硝效率高达95%以上，可实现系统NOx排放浓度从原来400~800 mg/Nm3降低至60mg/Nm3以下，不仅达到国家规定的NOx排放标准，而且实现了超低排放，降低了水泥工业排放的氮氧化物对环境的污染，减小了水泥厂脱硝成本。
Claims (10)
1.一种利用水泥厂烟气调温喷氨脱硝的装置，包括水泥预热器（1）、分解炉（2）、回转窑（3）、篦冷机（4）、氨水气化装置（9）及将上述部件依次相连的输送管道，其特征在于：氨水气化装置（9）外接有氨水供应管道（11），所述水泥预热器（1）和分解炉（2）同时与氨水气化装置（9）通过输送管道相连，所述水泥预热器（1）与氨水气化装置（9）之间输送低温烟气，所述篦冷机（4）和氨水气化装置（9）之间输送高温烟气。
2.根据权利要求1所述的利用水泥厂烟气调温喷氨脱硝的装置，其特征在于：所述水泥预热器（1）为五级旋风筒预热器，各级旋风筒预热器之间由气体管道相连，第四级旋风预热器和第五级旋风预热器均与分解炉（2）连接。
3.根据权利要求1所述的利用水泥厂烟气调温喷氨脱硝的装置，其特征在于：所述氨水供应管道（11）依次设有氨水供应泵（10）、计量装置（6）和控制装置（7）；所述输送管道上均设有引风机（5）、计量装置（6）和控制装置（7）。
4.根据权利要求3所述的利用水泥厂烟气调温喷氨脱硝的装置，其特征在于：所述计量装置（6）包括温度计量装置、压力计量装置和流量计量装置。
5.根据权利要求3所述的利用水泥厂烟气调温喷氨脱硝的装置，其特征在于：所述控制装置（7）连接至计算机（8），通过计算机（8）进行调控物料流量和温度。
6.根据权利要求1所述的利用水泥厂烟气调温喷氨脱硝的装置，其特征在于：所述氨水气化装置（9）进出口呈逆流布置。
7.根据权利要求1所述的利用水泥厂烟气调温喷氨脱硝的装置，其特征在于：所述氨水气化装置（9）为卧式或立式型。
8.一种权利要求1所述装置的利用水泥厂烟气调温喷氨脱硝的方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）经水泥预热器（1）喂入生料，进入分解炉（2）内后加入煤粉进行燃烧；
（2）燃烧后通过分解炉（2）出口的NOx测量值计算脱硝反应所需的氨水质量；
（3）通过氨水供应管道（11）将氨水喷入氨水气化装置（9）中进行气化；
（4）分解炉（2）的气流流经水泥预热器（1）后，通过输送管道，引入温度为290~310℃的低温烟气，从氨水气化装置（9）上口进入；回转窑（3）窑尾烟气流经篦冷机（4）后，通过输送管道，引入温度为1000~1100℃的高温烟气，从氨水气化装置（9）下口进入；
（5）测得分解炉（2）氨气反应区的温度，根据测得的温度信号调节进入氨水气化装置（9）中的高低温烟气流量和氨水流量，并获得脱硝的反应温度；
（6）将氨水通入氨水气化装置（9），与高低温烟气充分混合后，经输送管道通入分解炉（2）中，与氮氧化物在步骤（5）所述的反应温度下进行反应。
9.根据权利要求8所述的利用水泥厂烟气调温喷氨脱硝的方法，其特征在于：所述高低温烟气进入氨水气化装置（9）的比例从10%~90%变化，由如下公式计算可得：传热方程Q=KAΔT，热平衡方程Q=c1m1(t2–t2＇)=c2m2(t1＇-t1)，其中K为氨水气化装置的传热系数，A为气化装置的传热面积，t1、t2为冷热流体的进口温度，t1＇、t2＇分别为冷热流体的出口温度。
10.根据权利要求8所述的利用水泥厂烟气调温喷氨脱硝的方法，其特征在于：所述步骤（5）中脱硝的反应温度为870~1100℃。
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