CN116298117A - 水泥原料在预热器中释放氮氧化物的量的测定系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于水泥行业烟气脱硝领域，具体涉及一种水泥原料在预热器中释放氮氧化物的量的测定系统和方法，该方法包括：一、取水泥熟料生产线的原料，称重；二、安装测定系统；三、记录烟气分析仪的氮氧化物浓度数据与时间的关系曲线；四，通过烟气分析仪的氮氧化物浓度数据与时间的关系曲线，烟气分析仪的烟气流量，装入原料的质量，计算出单位质量原料释放出的氮氧化物的量；五，根据单位质量原料释放出的氮氧化物的量，除以单位质量该原料对应的标准状态烟气量，即可得到原料中的氮造成的氮氧化物排放浓度增加量。为企业提前设计氮氧化物排放浓度、避免超标提供了依据。
Description
技术领域
本发明属于水泥行业烟气脱硝领域，具体涉及一种水泥原料在预热器中释放氮氧化物的量的测定系统和方法。
背景技术
氮氧化物是一种对环境有害的污染物，容易引起酸雨等危害。为了加强环境保护，需严格控制氮氧化物排放。
一般认为，按照氮氧化物产生的方式，水泥烧成系统NOx主要有热力学NOx、燃料型NOx、快速型NOx三种，三种NOx之间的产生比例取决于原料、燃料中氮的含量、燃烧的温度及燃料的种类。大多数专家认为，干法水泥窑生产系统NOx产生的主要位置为回转窑与分解炉，原料中氮含量对水泥生产过程中总NOx的产生量可忽略不计。
在实际工作中发现，实际水泥厂烟气排放中，原料中的氮会在预热器中释放出氮氧化物，即原料氮氧化物，对水泥生产过程中总NOx的产生量并不能忽略，造成的氮氧化物排放浓度增加在30-200mg/m3之间，个别项目可达到400mg/m3。特别是在我国普遍开始实行超低排放，氮氧化物排放标准从原排放浓度320mg/m3降低到100mg/m3，原料中的氮在预热器中释放出的氮氧化物的量更加不能忽略。目前很多水泥企业采用SNCR、低氮燃烧等技术控制氮氧化物排放，其共同特点是在分解炉控制氮氧化物排放，无法控制在预热器中释放出来的氮氧化物，因此一旦遇到原料的氮在预热期中释放出氮氧化物，就手足无措，无法应对。而环保企业在进行脱硝系统设计时，也会因为没有对原料氮氧化物进行分析，而导致SNCR、低氮燃烧等无法满足排放要求，SCR系统的脱硝效果也会因此受到影响。但是目前，还没有方法可以测量原料中的氮在预热器中释放出氮氧化物的量以及造成的氮氧化物排放浓度的增加量。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明的目的在于提供了一种水泥原料在预热器中释放氮氧化物的量的测定系统和方法，为企业提前设计氮氧化物排放浓度、避免超标提供了依据。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种水泥原料在预热器中释放氮氧化物的量的测定系统，包括加热炉；所述加热炉的入口和出口处各通过法兰连接有一个所述反应管，其中加热炉入口处的反应管与大气连通，另一个反应管通过软管自然降温后与烟气分析仪连通；加热炉内部放置有一个敞开式容器用于放置原料；此外，加热炉内设有感温元件并与炉外的温度控制器连接。
本发明还公开了一种利用上述测定系统测定水泥原料在预热器中释放氮氧化物的量的方法，包括以下步骤：
步骤一，取水泥熟料生产线的原料，称重；
步骤二，将原料装填入反应管，安装反应管，其中一个反应管与大气连通，另一个通过软管自然降温后与烟气分析仪连通；
步骤三，记录烟气分析仪的氮氧化物浓度数据与时间的关系曲线；
步骤四，通过烟气分析仪的氮氧化物浓度数据与时间的关系曲线，烟气分析仪的烟气流量，装入原料的质量，计算出单位质量原料释放出的氮氧化物的量；
步骤五，根据单位质量原料释放出的氮氧化物的量，除以单位质量该原料对应的标准状态烟气量，即可得到原料中的氮造成的氮氧化物排放浓度增加量。
作为优选的技术方案，步骤一中，如果取用水泥生料组分中的单一组分，须将该组分破碎、研磨至与水泥入窑生料粉同一细度。
作为优选的技术方案，步骤二中，反应管的反应温度为600-770℃。
作为优选的技术方案，步骤三中，烟气分析仪测出的每分钟NO和NO2和的值，进行加和处理得到ΣNOx，一直记录到ΣNOx为定值，即为ΣNOxmax，同时记录时间T(单位min)。
作为优选的技术方案，步骤四中，得到单位质量原料释放出的氮氧化物的量过程为：
1)求出进入烟气分析仪的烟气的NOx平均浓度NOxmean，NOxmean＝ΣNOxmax/T；
2)求出原料总的NOx的释放量的体积NOxvolume，NOxvolume＝NOxmean*T*Vflue gas analyzer/1000000；其中Vflue gas analyzer为烟气分析仪流量；
3)求出原料总的NOx的释放量的物质的量NOxmol，NOxmol＝NOxvolume/22.4；
4)求出原料总的NOx的释放量的质量NOxquality，NOxquality＝NOxmol*46；
5)求出单位质量原料释放出的氮氧化物的量NOxraw，NOxraw＝NOxquality/m*10^9；其中m为原料质量。
作为优选的技术方案，步骤五中，原料中的氮造成的氮氧化物排放浓度的增加量ΔNOx＝NOxraw/V flue gas*X，Vflue gas为一吨熟料对应的标准状态烟气量，X为该原料与熟料质量比。
作为优选的技术方案，不采用SCR脱硝技术的预测的水泥厂氮氧化物排放浓度＝SNCR后的氮氧化物最低排放浓度+生料中的氮造成的氮氧化物排放浓度的增加量；
采用SCR脱硝技术的水泥厂氮氧化物排放浓度＝(SNCR后的氮氧化物排放浓度+生料中的氮造成的氮氧化物排放浓度的增加量)*(1-SCR法的脱硝效率)。
本发明具有的优点和积极效果是：
1、可以通过分析原料，得出原料中的氮造成的氮氧化物排放浓度增加量；
2、可以判断水泥生产线采用分级燃烧技术、SNCR技术后的氮氧化物排放浓度；
3、可以判断采用分级燃烧技术、SNCR技术、SCR技术或其他脱硝技术的水泥生产线是否可以满足超低排放要求；
4、当水泥企业采用分级燃烧技术、SNCR技术无法满足超低排放要求时，可以帮助水泥企业筛选合适的原料。
附图说明
图1是本发明的测定系统的示意图。
1、反应管，2、加热炉，3、敞开式容器，4、温度控制器，7、感温元件，6、软管，7、烟气分析仪，8、原料。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中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。
如图1所示，本发明公开了一种水泥原料在预热器中释放氮氧化物的量的测定系统，包括反应管1，水平的加热炉2、敞开式容器3、温度控制器4、感温元件7、软管6、烟气分析仪7。
所述加热炉2的入口和出口处各通过法兰连接有一个所述反应管1，其中加热炉2入口处的反应管与大气连通，另一个反应管通过软管自然降温后与烟气分析仪连通；加热炉内部放置有一个坩埚类的敞开式容器3用于放置原料8；此外，加热炉2内设有感温元件7例如热电偶并与炉外的温度控制器4连接。
本发明还公开了利用上述系统测定水泥原料在预热器中释放氮氧化物的量的方法，包括以下步骤：
步骤一，取水泥熟料生产线的原料，称重；
步骤二，将原料装填入反应管，安装反应管，其中1个反应管与大气连通，另1个通过软管自然降温后与烟气分析仪连通；
步骤三，记录烟气分析仪的氮氧化物浓度数据与时间的关系曲线；
步骤四，通过烟气分析仪的氮氧化物浓度数据与时间的关系曲线，烟气分析仪的烟气流量，装入原料的质量，计算出单位质量原料释放出的氮氧化物的量；
步骤五，根据单位质量原料释放出的氮氧化物的量，除以单位质量该原料对应的标准状态烟气量，即可得到原料中的氮造成的氮氧化物排放浓度增加量。
进一步的，步骤一中，如果取用水泥生料组分中的单一组分，如石灰石、铁矿石、砂岩、页岩等，须将该组分破碎、研磨至与水泥入窑生料粉同一细度。
进一步的，步骤一中，如果取用的是入窑生料粉，在生料库中直接取样即可。
进一步的，步骤二中，反应管为平放的，管式的反应器，材质为不锈钢或石英，反应温度为600-770℃。
进一步的，步骤三中，烟气分析仪测出的每分钟NO和NO2和的值(单位ppm)，进行加和处理得到ΣNOx(单位ppm)，一直记录到ΣNOx为定值，即为ΣNOxmax，同时记录时间T(单位min)。
进一步的，步骤四中，得到单位质量原料释放出的氮氧化物的量过程为：
1)求出进入烟气分析仪的烟气的NOx平均浓度NOxmean，NOxmean＝ΣNOxmax/T；
2)求出原料总的NOx的释放量的体积NOxvolume(单位L)，NOxvolume＝NOxmean*T*Vflue gas analyzer/1000000；其中Vflue gas analyzer为烟气分析仪流量，单位：L/min；
3)求出原料总的NOx的释放量的物质的量NOxmol(单位mol)，NOxmol＝NOxvolume/22.4；
4)求出原料总的NOx的释放量的质量NOxquality(单位g)，NOxquality＝NOxmol*46；
5)求出单位质量原料释放出的氮氧化物的量NOxraw(单位mg/t)，NOxraw＝NOxquality/m*10^9；其中m为原料质量，单位：g；
进一步的，步骤五中，原料中的氮造成的氮氧化物排放浓度的增加量ΔNOx＝NOxraw/Vflue gas*X(该原料与熟料质量比)，Vflue gas为一吨熟料对应的标准状态烟气量，单位m3/t.cl)。
本发明所述的一种水泥原料在预热器中释放氮氧化物的量的测定方法和系统，不采用SCR脱硝技术的预测的水泥厂氮氧化物排放浓度＝SNCR后的氮氧化物最低排放浓度+生料中的氮造成的氮氧化物排放浓度的增加量；
采用SCR脱硝技术的水泥厂氮氧化物排放浓度＝(SNCR后的氮氧化物排放浓度+生料中的氮造成的氮氧化物排放浓度的增加量)*(1-SCR法的脱硝效率)
实施例1
浙江某厂分析氮氧化物排放超标(超过100mg/m3)的原因。
步骤一：
取水泥熟料生产线的入窑生料粉，称重10.0g。
步骤二：
将原料装填入反应管，反应管有2个出口，其中1个与大气连通，另1个通过软管自然降温后与烟气分析仪连通，反应温度为600℃。
步骤三：
记录烟气分析仪的氮氧化物浓度数据与时间的关系曲线，如下表所示。
烟气分析仪测出的每分钟NO和NO2和的平均值(单位ppm)，进行加和处理得到ΣNOx(单位ppm)，一直记录到ΣNOx为定值，即为ΣNOxmax，同时记录时间T(单位min)。
ΣNOxmax＝396ppm，T＝60min
步骤四：
1)进入烟气分析仪的烟气的平均NOx浓度NOxmean，NOxmean＝ΣNOxmax/T＝396/60＝6.6；
2)已知Vflue gas analyzer(烟气分析仪流量，L/min)＝2；
则原料总的NOx的释放量的体积NOxvolume为：NOxvolume＝6.6*60*2/1000000＝0.000792L；
3)原料总的NOx的释放量的物质的量NOxmol为：NOxmol＝NOxvolume/22.4＝0.000792/22.4＝3.73771*10^(-7)mol；
4)原料总的NOx的释放量的质量NOxquality为：NOxquality＝NOxmol*46＝3.73771*
10^(-7)*46＝0.001626g；
5)单位质量原料释放出的氮氧化物的量NOxraw为：NOxraw＝NOxquality/m*10^9＝0.001626/10.0*10^9＝162600mg/t。
步骤五：
一吨熟料对应的标准状态烟气量V flue gas取2000m3/t.cl；生料与熟料质量比X＝1.6；生料中的氮造成的氮氧化物排放浓度的增加量ΔNOx＝NOxraw/V flue gas*X＝162600/2000*1.6＝130.11mg/m3，结果取整数130mg/m3。
水泥厂氮氧化物排放浓度＝SNCR后的氮氧化物排放浓度+生料中的氮造成的氮氧化物排放浓度的增加量；
SNCR后的氮氧化物最低排放浓度取40mg/m3，水泥厂氮氧化物排放浓度＝40+130＝170mg/m3，超过了100mg/m3，不满足环保要求。实际测试值该厂氮氧化物排放浓度在160mg/m3左右，存在超标问题。即原料产生的氮氧化物排放浓度过高，导致超标。
进一步分析是何种原料导致原料中的氮造成的氮氧化物排放浓度的增加量过高。
将入窑生料的组分按照上述方法依次进行测试，测试结果如下表所示：
分项测试的结果求和入窑生料的结果存在差异是因为取样因素导致。从测试结果可知，入窑生料中质量占比仅10％的页岩，其导致的氮氧化物排放浓度的增加量占比高达77.2％，因此页岩是导致氮氧化物排放超标(超过100mg/m3)的主要原因。在更换新的来源的页岩替代该来源的页岩后，单位质量原料释放出的氮氧化物的量NOxraw(单位mg/t)<100000原料中的氮造成的氮氧化物排放浓度的增加量ΔNOx约40mg/m3，该厂的氮氧化物排放浓度实现低于100mg/m3的目标。
后该厂考虑增加中温SCR系统进行氮氧化物减排，目标氮氧化物排放浓度控制到低于70mg/m3以下，中温SCR系统脱硝效率考虑为80％。咨询是否可以采用前述页岩。
采用SCR脱硝技术的水泥厂氮氧化物排放浓度＝(SNCR后的氮氧化物排放浓度+原料中的氮造成的氮氧化物排放浓度的增加量)*(1-SCR法的脱硝效率)＝(40+130)*(1-80％)＝34mg/m3，满足控制到70mg/m3以下。因此，判断采用SCR脱硝技术后，可以采用前述页岩。
实施例2
浙江某厂计划通过改造SNCR改造降低氨水消耗，且使氮氧化物排放浓度低于100mg/m3。取其入窑生料粉进行分析，通过如实施例1的分析过程，得到原料中的氮造成的氮氧化物排放浓度的增加量＝30.1mg/m3。SNCR后的氮氧化物最低排放浓度取40mg/m3，水泥厂氮氧化物排放浓度＝40+30.1＝70.1mg/m3，低于超过100mg/m3，满足环保要求，可以进行改造。改造后水泥厂氮氧化物排放浓度实测在60-80m/m3，满足环保要求。
以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (8)
1.一种水泥原料在预热器中释放氮氧化物的量的测定系统，其特征在于：包括加热炉；所述加热炉的入口和出口处各通过法兰连接有一个所述反应管，其中加热炉入口处的反应管与大气连通，另一个反应管通过软管自然降温后与烟气分析仪连通；加热炉内部放置有一个敞开式容器用于放置原料；此外，加热炉内设有感温元件并与炉外的温度控制器连接。
2.一种利用权利要求1所述的测定系统测定水泥原料在预热器中释放氮氧化物的量的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一，取水泥熟料生产线的原料，称重；
步骤二，将原料装填入反应管，安装反应管，其中一个反应管与大气连通，另一个通过软管自然降温后与烟气分析仪连通；
步骤三，记录烟气分析仪的氮氧化物浓度数据与时间的关系曲线；
步骤四，通过烟气分析仪的氮氧化物浓度数据与时间的关系曲线，烟气分析仪的烟气流量，装入原料的质量，计算出单位质量原料释放出的氮氧化物的量；
步骤五，根据单位质量原料释放出的氮氧化物的量，除以单位质量该原料对应的标准状态烟气量，即可得到原料中的氮造成的氮氧化物排放浓度增加量。
3.如权利要求2所述的测定系统测定水泥原料在预热器中释放氮氧化物的量的方法，其特征在于：步骤一中，如果取用水泥生料组分中的单一组分，须将该组分破碎、研磨至与水泥入窑生料粉同一细度。
4.如权利要求2所述的测定系统测定水泥原料在预热器中释放氮氧化物的量的方法，其特征在于：步骤二中，反应管的反应温度为600-770℃。
5.如权利要求2所述的测定系统测定水泥原料在预热器中释放氮氧化物的量的方法，其特征在于：步骤三中，烟气分析仪测出的每分钟NO和NO2和的值，进行加和处理得到ΣNOx，一直记录到ΣNOx为定值，即为ΣNOxmax，同时记录时间T(单位min)。
6.如权利要求2所述的测定系统测定水泥原料在预热器中释放氮氧化物的量的方法，其特征在于：步骤四中，得到单位质量原料释放出的氮氧化物的量过程为：
1)求出进入烟气分析仪的烟气的NOx平均浓度NOxmean，NOxmean＝ΣNOxmax/T；
2)求出原料总的NOx的释放量的体积NOxvolume，NOxvolume＝NOxmean*T*Vfluegasanalyzer/1000000；其中Vfluegasanalyzer为烟气分析仪流量；
3)求出原料总的NOx的释放量的物质的量NOxmol，NOxmol＝NOxvolume/22.4；
4)求出原料总的NOx的释放量的质量NOxquality，NOxquality＝NOxmol*46；
5)求出单位质量原料释放出的氮氧化物的量NOxraw，NOxraw＝NOxquality/m*10^9；其中m为原料质量。
7.如权利要求2所述的测定系统测定水泥原料在预热器中释放氮氧化物的量的方法，其特征在于：步骤五中，原料中的氮造成的氮氧化物排放浓度的增加量ΔNOx＝NOxraw/Vfluegas*X，Vfluegas为一吨熟料对应的标准状态烟气量，X为该原料与熟料质量比。
8.如权利要求2所述的测定系统测定水泥原料在预热器中释放氮氧化物的量的方法，其特征在于：不采用SCR脱硝技术的预测的水泥厂氮氧化物排放浓度＝SNCR后的氮氧化物最低排放浓度+生料中的氮造成的氮氧化物排放浓度的增加量；
采用SCR脱硝技术的水泥厂氮氧化物排放浓度＝(SNCR后的氮氧化物排放浓度+生料中的氮造成的氮氧化物排放浓度的增加量)*(1-SCR法的脱硝效率)。
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| CN202310265788.8A Pending CN116298117A (zh) | 2023-03-17 | 2023-03-17 | 水泥原料在预热器中释放氮氧化物的量的测定系统和方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116298117A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116973555A (zh) * | 2023-08-30 | 2023-10-31 | Khd洪堡威达克机械设备(北京)有限公司 | 一种水泥原料产生氮氧化物的检测装置和检测方法 |
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2023
- 2023-03-17 CN CN202310265788.8A patent/CN116298117A/zh active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116973555A (zh) * | 2023-08-30 | 2023-10-31 | Khd洪堡威达克机械设备(北京)有限公司 | 一种水泥原料产生氮氧化物的检测装置和检测方法 |
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