CN204619708U - 一种水泥回转窑炉烟气联合脱硝装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种水泥回转窑炉烟气联合脱硝装置，其能够有效地提高烟气的脱硝效率，能较好地满足水泥行业中的大气污染物排放标准，而且其系统简单、建设投资少、操作方便，较好地降低了运行成本，其特征在于：分解炉连接所述水泥回转窑，预热器连接所述分解炉，余热处理装置连接所述预热器，风机连接所述余热处理装置，布袋除尘器连接所述风机，出口烟道连接所述布袋除尘器， SCR反应器连接所述出口烟道，所述SCR反应器通过排风机连接烟囱，所述的分解炉上设置有第一还原剂喷射装置，所述的出口烟道上设置有第二还原剂喷射装置。
Description
技术领域
本实用新型涉及水泥工业烟气脱硝处理的技术领域，具体为一种水泥回转窑炉烟气联合脱硝装置。
背景技术
水泥行业作为我国重点污染行业之一，水泥行业年排放氮氧化物约200万吨，占全国氮氧化物排放量的10％左右，居火力发电和汽车尾气排放之后的第三位。国家在《“十二五”节能减排规划》中明确规定了“十二五”氮氧化物减排指标，其中，火电行业氮氧化物排放量要求削减29%；水泥行业削减12%，因此水泥行业氮氧化物减排压力形势严峻。
水泥工业脱除氮氧化物的难度需从水泥生产工艺中NOx形成机理来探究。水泥工业NOx是在窑炉燃烧过程中，空气中的N2和燃料中的含N成分通过燃烧途径被氧化生成。根据炉内火焰温度高低、氧化作用是否强烈主要分为热力型NOx和燃料型NOx。水泥回转窑内熟料煅烧温度高达1600℃，因此在窑头区域、高于1300℃的条件下，主要形成的是热力型NOx，其主要影响因素有温度、氧气浓度、烟气停留时间和燃料燃烧程度等；在窑尾、分解炉区域低于1300℃条件下，主要形成燃料型NOx，影响燃料型NOx产生的因素主要有燃料成分、烟气停留时间、过剩空气系数等。
从水泥工业氮氧化物形成机理的不同，适应水泥工业的脱硝技术一般有三种：一是从源头控制热力型NOx生成的低氮分级燃烧技术，如采用低氮燃烧器，控制空气比例实现分级燃烧、控制过剩空气系数使燃料在低氧环境中燃烧等。其脱硝效果受到水泥熟料煅烧工艺制约， 脱硝效率一般认为在15%~30%，稳定性不佳，一般作为配合技术，降低初始NOx排放浓度，节省还原剂耗量；二是SNCR脱硝技术，SNCR法是在850℃~1000℃的高温条件下，向烟气中喷入含有NH3基的还原剂，将NOx还原成氮气和水。该技术在实际应用中NOx的脱除率一般在50%~70%左右，系统简单、建设投资少、操作方便的优点，但也存在运行成本高、脱硝效率难以控制等缺点；三是SCR脱硝技术，SCR法是在一定催化反应条件下，用氨、尿素等含有NH3基的还原剂将烟气中的NOx转化为无害的氮气和水。此法脱除NOx效率高，在实际应用中常能达到60%~90%左右，在电力行业得到广泛的应用，能将电站锅炉NOx排放量降至100mg/Nm3以下。
以上三种脱硝技术中，目前水泥工业常用的是低氮分级燃烧技术和SNCR脱硝技术，或者是两种脱硝技术的配合。常规SCR脱硝技术在电力行业得到广泛应用，但是在水泥行业难以推广，国内亦未见相关报道，只有国外水泥企业有有为数不多的应用案例，如意大利Cementeria di Monselice水泥厂、德国Solnhofer Zementwerkes水泥厂，这两家水泥厂均采用的是高温高尘的布置方式。
常规的SCR脱硝技术难以在水泥行业实现工程运用的原因，是由新型干法水泥生产工艺决定的。水泥回转窑煅烧过程及高温废气比其他热工系统都要复杂，水泥窑尾预热器出口温度在300℃~400℃之间，这一温度比较接近于SCR的反应窗口温度，但是水泥烟气含尘量约60-70g/Nm3，在如此高含尘量的烟气段布置SCR反应器，不但要解决催化剂堵塞中毒的问题，设备投资、系统控制也是相当复杂的，对于成本控制非常敏感的水泥行业来说，是难以承受的。更何况高温烟气所含的粉尘，本身就是水泥的原料或半成品，水泥工业有一整套成熟的工艺来用于回收利用这些粉尘，以控制飞灰损失，降低成本，如在此段增加SCR反应器，将破坏水泥工艺原有的运行系统，改造困难。若将高温烟气先经过降尘处理之后再进行SCR反应可解决粉尘问题，但水泥工业除尘系统在200℃~250℃运行，净化后烟气温度远离常规SCR反应的窗口温度，无法采用常规SCR技术；如果要使净化后烟气温度在SCR反应窗口温度范围内，除尘系统需在350℃运行，这将增加30%的烟气处理量，一般来说，对于5000t/d水泥熟料烧成系统，除尘系统烟气处理量将增加200000m3/h，同时要采用耐高温的除尘器滤袋，成本将大幅增加。另外，根据《水泥工厂节能设计规范》（GB 50443-2007）中要求，新建、扩建水泥工厂应同步设计余热利用系统或预留其位置，既有生产线改造时，宜增设余热利用系统，因此国内各大中型水泥厂基本都配备了余热发电装置或预留余热发电装置，如将SCR反应器布置在除尘器之后，SP余热锅炉之前，势必破坏了现有的工艺系统，增加了系统的阻力，改造难度大、成本高。因此，从烟气性质、催化剂寿命、热能回收、改造成本、运行成本来考虑，在水泥行业推广常规的SCR脱硝技术非常困难。
目前我国水泥工业不采取脱硝技术的情况下，NOx排放水平普遍在 600~800mg/Nm3，《水泥工业大气污染物排放标准》（GB 4915-2013）中规定水泥工业NOx排放浓度为400mg/Nm3，重点区域执行320mg/Nm3目前国内大部分企业通过低氮燃烧改造、SNCR技术改造等措施，基本能够降低至400mg/Nm3以下，一般能够达到320~350 mg/Nm3，再降低就很困难了。但是水泥行业的NOx排放是继电力行业、汽车尾气排放之后的第三位，电力行业已经实施《火电厂大气污染物排放标准》（GB 13223-2011）中的100mg/Nm3的规定，远低于水泥行业的排放要求。按国家政策和公众述求，节能减排是行业生存之根本，如果国家对水泥工业提出更高的减排要求，那么现有技术就难以为继了。
发明内容
针对上述问题，本实用新型提供了一种水泥回转窑炉烟气联合脱硝装置，其能够有效地提高烟气的脱硝效率，能较好地满足水泥行业中的大气污染物排放标准，而且其系统简单、建设投资少、操作方便，较好地降低了运行成本。
一种水泥回转窑炉烟气联合脱硝装置，其包括水泥回转窑，分解炉连接所述水泥回转窑，预热器连接所述分解炉，余热处理装置连接所述预热器，风机连接所述余热处理装置，布袋除尘器连接所述风机，出口烟道连接所述布袋除尘器，其特征在于：SCR反应器连接所述出口烟道，所述SCR反应器通过排风机连接烟囱，所述的分解炉上设置有第一还原剂喷射装置，所述的出口烟道上设置有第二还原剂喷射装置。
其进一步特征在于：所述第一还原剂喷射装置为还原剂喷枪；所述第二还原剂喷射装置
为还原剂喷射格栅；所述预热器包括为五级旋风筒预热器；所述余热处理装置为SP余热锅炉。
本实用新型的上述结构中，由于在分解炉内通过第一还原剂喷射装置喷入还原剂进行SNCR反应，第一次脱除烟气中的NOx，在布袋除尘器后的出口烟道上通过第二还原剂喷射装置喷入还原剂，在SCR反应器中进行SCR反应，第二次脱除烟气中的NOx，大大提高烟气的脱硝效率，能实现低于水泥行业大气污染物排放标准的排放；由于在布袋除尘器后布置SCR反应器，在SCR反应器中采用低温催化剂进行烟气还原反应，不需要过高的温度也能保证烟气在SCR反应器中的还原反应，进而使得SCR反应器前的普通的布袋除尘器正常运行，不但解决了催化剂堵塞中毒的问题，其系统简单、建设投资少、操作方便，较好地降低了运行成本。
附图说明
图1为水泥回转窑炉烟气联合脱硝装置结构示意图。
具体实施方式
见图1，一种水泥回转窑炉烟气联合脱硝装置，包括新型干法水泥回转窑1，分解炉2连接水泥回转窑1，预热器3连接分解炉2，分解炉2上设置有还原剂喷枪21，余热处理装置4连接预热器3，高温风机5连接余热处理装置4，布袋除尘器6连接高温风机，出口烟道7连接布袋除尘器6，SCR反应器8连接出口烟道7，出口烟道上设置有还原剂喷射格栅71， SCR反应器8通过排风机9连接烟囱10，实现了处理后烟气的排除。
余热处理装置4为SP余热锅炉，有效地对余热进行合理利用，如烟气进入SP余热锅炉4进行热量回收用于发电。
水泥回转窑炉烟气联合脱硝工艺，包括以下步骤：
（1）、新型干法水泥回转窑1内燃料燃烧产生的烟气进入分解炉2中，在分解炉2内温度范围为800℃~1000℃的区域，通过还原剂喷枪3喷入还原剂进行SNCR反应，还原剂为液氨、氨水或者尿素溶液，脱除烟气中NOx；
（2）、分解炉2内进行经过SNCR还原反应的烟气经过预热器3中，在预热器3内与水泥生料换热之后，在预热器3出口温度下降320℃~400℃，烟气中粉尘含量约60~70g/Nm3
（3）、降温后的烟气随后进入SP余热锅炉4中余热的再利用处理，如进行余热发电等，烟气温度降至180℃~220℃，粉尘控制在10~20g/Nm3；
（4）、经过余热处理后的烟气经高温风机5输送至布袋除尘器6中脱除烟气中粉尘，同时在布袋除尘器6内降温，高温风机压头约为7200Pa~8500Pa，布袋除尘器出口烟气中粉尘含量控制在30mg/Nm3以下；
（5）、烟气通过出口烟道7进入SCR反应器8中，在出口烟道7内通过还原剂喷射格栅喷入还原剂，还原剂在出口烟道内与烟气充分混合后，进入SCR反应器8中的烟气在SCR反应器8中的低温催化剂的作用下，烟气中NOx与还原剂进行SCR反应，催化剂为锰基低温催化剂Mn/ TiO2，其形状为蜂窝状，载体为TiO2，脱除烟气中的NOx，控制SCR反应器出口烟气中逃逸氨含量在8mg/Nm3以下；
（6）、净化后烟气由排风机9排至烟囱10排放，烟囱的高度根据相关规范进行设计。
本实用新型水泥回转窑炉烟气联合脱硝（SNCR+低温低尘SCR）工艺，水泥回转窑内燃料燃烧产生的烟气进入分解炉中，在分解炉内温度范围为850℃~1000℃的区域，通过第一还原剂喷射装置喷入还原剂进行SNCR反应，脱除烟气中NOx；分解炉内进行经过SNCR还原反应的烟气经过预热器中，在预热器内与水泥生料换热之后，在预热器出口温度下降为320℃~400℃，烟气中粉尘含量约60~70g/Nm3；降温后的烟气随后进入余热处理器中进行处理，处理后烟气温度降至180℃~220℃，粉尘控制在10~20g/Nm3；经过余热处理后的烟气经高温风机输送至布袋除尘器中脱除烟气中粉尘，高温风机压头约为7200Pa~8500Pa，根据《水泥工业大气污染物排放标准》（GB 4915-2013），布袋除尘器出口烟气中粉尘含量控制在30mg/Nm3以下；烟气通过出口烟道进入SCR反应器中，在出口烟道内通过第二还原剂喷射装置喷入还原剂，还原剂在出口烟道内与烟气充分混合后，进入SCR反应器中。在SCR反应器中的低温催化剂的作用下，还原剂与烟气中NOx进行SCR反应，脱除烟气中的NOx，根据《水泥工业大气污染物排放标准》（GB 4915-2013），控制SCR反应器出口烟气中逃逸氨含量在8mg/Nm3以下；净化后烟气由排风机排至烟囱排放，烟囱的高度根据相关规范进行设计。
电厂循环流化床锅炉的SNCR+SCR联合法仅设置第一还原剂喷射装置，不设置第二还原剂喷射装置，利用SNCR反应的逃逸氨作为SCR反应的还原剂。本工艺与之不同之处在于，在出口烟道设置第二还原剂喷射装置，不利用SNCR反应的逃逸氨作为SCR反应的还原剂。这样做的原因是：SNCR系统大量的逃逸氨会造成水泥生产工艺系统结皮及下游设备如余热锅炉、布袋除尘器等的堵塞，危害设备安全，增加系统阻力；同时因为从SNCR反应段到SCR反应段经历的工艺设备多且流程复杂，在热量收集、降尘排灰的过程中，会造成逃逸氨的损耗；另外，因SNCR是在高温段运行，如增加还原剂喷射的量，第一还原剂喷射装置的喷枪数量、规格需增加，分解炉改造难度加大，且价格、维护费用较高，而在布袋除尘器出口烟道上设置第二还原剂喷射装置，因设置在低温低尘段，其技术成熟，成本较低。
目前水泥工业不采取脱硝技术的情况下，NOx排放水平普遍在600~800mg/Nm3。取中间值700mg/Nm3进行计算，控制SNCR脱硝效率为50%，脱硝后烟气中NOx含量为350mg/Nm3这可以满足目前《水泥工业大气污染物排放标准》（GB 4915-2013）中NOx排放量400mg/Nm3规定。低温低尘SCR脱硝效率控制在70~80%，脱硝后烟气中NOx含量为70~105mg/Nm3。SNCR+低温低尘SCR联合脱硝总效率为85%~90%，可实现低水平排放。采用SNCR+低温低尘SCR联合脱硝工艺，氮氧化物的排放将进一步降低，符合国家节能减排政策。本实用新型工艺和装置与已有的技术相比较具有以下的优点：
1、 采用SNCR和低温低尘SCR脱硝相结合的方法，实现不同技术的优势互补，系统灵活。充分利用分解炉内高温环境进行SNCR改造，降低后续SCR系统的投资和处理压力；
2、 以水泥工业生产工艺为基础，对水泥熟料煅烧、烟气处理、飞灰回收、余热利用系统影响较小，有更广泛的适应性；
3、SCR系统在低温低尘段运行，处理风量工况体积小，降低SCR反应器的结构投资；粉尘浓度低，减少了催化剂堵塞，降低了吹灰处理设备费用；系统阻力小，运行稳定，系统可用率高，设备维护及运行成本较低；
4、本实用新型不仅适用于新生产线的建设，也适用于现有水泥生产线的改造，施工简单，占地面积小；
5、本实用新型是新型干法水泥回转窑炉系统高温SNCR脱硝和低温烟气SCR技术的联合，最终氮氧化物的排放量远低于国家现行水泥工业排放标准的规定，有着广阔的应用空间、巨大的市场价值和社会价值。
Claims (5)
1.一种水泥回转窑炉烟气联合脱硝装置，其包括水泥回转窑，其特征在于：分解炉连接所述水泥回转窑，预热器连接所述分解炉，余热处理装置连接所述预热器，风机连接所述余热处理装置，布袋除尘器连接所述风机，出口烟道连接所述布袋除尘器， SCR反应器连接所述出口烟道，所述SCR反应器通过排风机连接烟囱，所述的分解炉上设置有第一还原剂喷射装置，所述的出口烟道上设置有第二还原剂喷射装置。
2.根据权利要求1所述的一种水泥回转窑炉烟气联合脱硝装置，其特征在于：所述第一还原剂喷射装置为还原剂喷枪。
3.根据权利要求1所述的一种水泥回转窑炉烟气联合脱硝装置，其特征在于：所述第二还原剂喷射装置为还原剂喷射格栅。
4.根据权利要求1所述的一种水泥回转窑炉烟气联合脱硝装置，其特征在于：所述预热器为五级旋风筒预热器。
5.根据权利要求1-4任一所述的一种水泥回转窑炉烟气联合脱硝装置，其特征在于：所述余热处理装置为SP余热锅炉。
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