CN214552547U - 一种前置式水泥窑高温高尘烟气scr脱硝装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种前置式水泥窑高温高尘烟气SCR脱硝装置，包括回转窑、分解炉和多级预热器，回转窑的烟气出口连接于分解炉的烟气进口，多级预热器的一个支路接入SCR脱硝反应系统，另一个支路接入SP炉或增湿塔，干法脱硫系统的出气管道分成两个支路，一个支路接入窑尾袋收尘装置，另一个支路接入烟气送入原料磨，旋风收尘器通过循环风机接入窑尾袋收尘装置。本实用新型脱硝前无需新增除尘器，结合相应高效吹灰辅助措施，保证催化剂在高尘环境中不堵塞，始终保持较高的脱硝效率，在确保脱硝稳定性的基础上有效降低了建造和运行费用。解决了水泥窑高温高尘烟气脱硝难，采用SNCR脱硝效率低，成本高，出口氨逃逸高等弊端。

Description

一种前置式水泥窑高温高尘烟气SCR脱硝装置

技术领域

本实用新型涉及水泥窑烟气污染物脱除技术领域，具体为一种前置式水泥窑高温高尘烟气SCR脱硝装置。

背景技术

目前，我国有水泥新型干法生产线1400条左右，新型干法水泥窑的NOx排放普遍在800mg/Nm³左右，远高于欧盟等国外水泥生产企业的500mg/Nm³，与发达国家之间依旧存在一定的差距。我国新型干法水泥回转窑上常用的NOx控制技术主要有以下四种：(1)对回转窑和分解炉的燃烧制度进行优化；(2)改变配料方案，通过掺用矿化剂来降低熟料烧成温度和时间，从而改进熟料易烧性；(3)采用低NOx的燃烧器，在窑内从源头降低氮氧化物的产生；(4)在窑尾分解炉和管道中采用阶段燃烧技术。然而，即使将上述四种措施全部联合使用，水泥窑的NOx排放也很难达到500mg/Nm³以下。为了进一步降低水泥窑氮氧化物排放量，针对水泥窑脱硝的主要措施有：SNCR和SCR脱硝工艺。SNCR主要在分解炉合适位置喷入适量的还原剂(氨水或是尿素溶液)，喷入的还原剂在烟气自身热力运动和喷枪的合理分散作用下，同氮氧化物完全充分混合，在适合的温度和气氛下，反应生成氮气和水，但是SNCR脱硝效率低，还原剂消耗量大，烟气出口氨逃逸量大，造成二次污染。SCR脱硝工艺为烟气中氮氧化物与喷入的还原剂在催化剂的作用下反应生成氮气和水，SCR脱硝应用于水泥窑预热器后，由于烟气中粉尘含量高，容易对催化剂造成磨损和堵塞，影响脱硝效率，降低催化剂使用寿命；若将SCR脱硝应用于水泥窑除尘后，由于烟气温度低，催化剂效率低，烟气中的硫易与还原剂结合生成ABS堵塞催化剂，因此现有常规SCR脱硝工艺难以直接应用于水泥窑脱硝。

随着国家对水泥行业烟气排放要求日趋严格，水泥窑烟气超低排放改造逐渐提上日程，多个省份已经出台地方标准及大气污染防治工作方案等政策文件，要求水泥窑烟气颗粒物、二氧化硫、氮氧化物排放浓度要分别不高于10mg/m³、50mg/m³、150(或100)mg/m³。由此可见，我国水泥工业全面推进清洁生产，大力进行节能减排，开展脱硝等大气污染物减排工作势在必行并显得尤为迫切。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种前置式水泥窑高温高尘烟气SCR脱硝装置，避免水泥窑烟气低尘脱硝前新增除尘装置，最大程度降低水泥窑烟气脱硝改造难度和运行成本，解决现有水泥行业烟气治理的不足，SCR催化剂堵塞、脱硝效果不明显、中低温脱硝能源浪费、脱硝改造新增设备多系统阻力过大、改造难度大和运行成本高等问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种前置式水泥窑高温高尘烟气SCR脱硝装置，包括回转窑、分解炉和多级预热器，所述回转窑的烟气出口连接于分解炉的烟气进口，所述分解炉的烟气出口连接于多级预热器的烟气进口，所述多级预热器的烟气出气管道分成两个支路，一个支路接入SCR脱硝反应系统，另一个支路接入SP炉或增湿塔，所述增湿塔通过高温风机接入干法脱硫系统，所述干法脱硫系统的出气管道分成两个支路，一个支路接入窑尾袋收尘装置，另一个支路接入烟气送入原料磨，烟气送入原料磨接入旋风收尘器，旋风收尘器通过循环风机接入窑尾袋收尘装置，所述窑尾袋收尘装置的烟气出口通过主风机接入烟囱。

进一步地，所述SCR脱硝反应系统包括烟气导流机构、脱硝均化层和SCR催化剂层，所述烟气导流机构的下方设置脱硝均化层，脱硝均化层的下方等间距设置SCR催化剂层。

进一步地，所述烟气导流机构包括底板、烟气导流筒和烟气导流板，所述底板上贯穿设置烟气导流筒，烟气导流筒的内部均等分布有设置于底板上的烟气导流板。

进一步地，所述烟气导流筒由顶部的喇叭口和底部的直筒结构组成。

进一步地，所述底板上分布有烟气导流孔，每个烟气导流板的两侧均分布有烟气导流孔。

进一步地，所述脱硝均化层采用模块化结构设置。

进一步地，所述SCR催化剂层中催化剂采用孔或者孔等大孔径高温催化剂。

进一步地，所述SCR脱硝反应系统底部配有船型灰斗，船型灰斗的底部设置刮板机，刮板机通过斗提机接入多级预热器。

进一步地，所述干法脱硫系统配套有脱硫剂粉仓、脱硫剂研磨系统、脱硫剂输送喷射系统。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：

(1)本实用新型中前置式高温高尘SCR脱硝系统与原有水泥生产工艺并联，脱硝系统建设和检修过程不影响原水泥生产，高温高尘SCR脱硝系统能很好的适用于预热器后的烟气工况，脱硝过程无需外界补热，脱硝效率高，配合结构和相应清灰措施能有效避免催化剂磨损堵塞问题，催化剂使用寿命长，整体运行成本低，有效避免水泥窑烟气低尘脱硝前需增加除尘装置等弊端，最大程度降低水泥窑烟气脱硝改造难度和运行成本。

(2)本实用新型中干法脱硫系统属于水泥生产工艺烟气系统中的一个子系统，能在水泥生产过程中烟气含硫超标时快速响应，及时脱除烟气中的SO2，保证烟气达标排放。由于水泥工序中原料磨开启后，烟气经过原料磨，烟气中的SO2会与原料中的碱性物质反应，当原料磨停用，或烟气中SO2含量过高时，出口烟气超标，此时需要投入脱硫系统。本实用新型中干法脱硫系统工艺简单高效，能高效适用水泥生产过程烟气脱硫。

附图说明

图1为本实用新型的前置式水泥窑高温高尘烟气SCR脱硝装置的结构图；

图2为本实用新型的烟气导流机构的剖视图；

图3为本实用新型的烟气导流机构的俯视图。

图中：1、回转窑；2、分解炉；3、多级预热器；4、SCR脱硝反应系统；5、SP炉；6、增湿塔；7、高温风机；8、干法脱硫系统；9、窑尾袋收尘装置；10、主风机；11、烟囱；12、原料磨；13、旋风收尘器；14、循环风机；15、烟气导流机构；151、底板；1511、烟气导流孔；152、烟气导流筒；153、烟气导流板；16、脱硝均化层；17、SCR催化剂层；18、灰斗。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

参阅图1，一种前置式水泥窑高温高尘烟气SCR脱硝装置，包括回转窑1、分解炉2和多级预热器3，回转窑1的烟气出口连接于分解炉2的烟气进口，分解炉2的烟气出口连接于多级预热器3的烟气进口，多级预热器3的烟气出气管道分成两个支路，一个支路接入SCR脱硝反应系统4，另一个支路接入SP炉5或增湿塔6，水泥窑烟气从回转窑1进入分解炉2再到多级预热器3，从多级预热器3出来后的高温高尘烟气温度约为320℃～360℃，含尘量约为100g/Nm³～130g/Nm³进入SCR脱硝反应系统4，从氨水泵出来的一定质量分数氨水根据烟气中氮氧化物浓度经过双流体喷枪雾化后直接喷入SCR脱硝反应系统4中，与高温烟气混合后氨水瞬间蒸发成氨气与水蒸气，脱硝完成后进入SP炉5或增湿塔6，增湿塔6通过高温风机7接入干法脱硫系统8，并根据烟气中SO₂含量选择干法脱硫系统8是否投用对烟气进行脱硫，干法脱硫系统8的出气管道分成两个支路，一个支路接入窑尾袋收尘装置9，另一个支路接入烟气送入原料磨12，烟气送入原料磨12接入旋风收尘器13，旋风收尘器13通过循环风机14接入窑尾袋收尘装置9，窑尾袋收尘装置9的烟气出口通过主风机10接入烟囱11，高温风机7将烟气送入原料磨12和旋风收尘器13或直接送至窑尾袋收尘装置9，除尘后的烟气由主风机10抽取送至烟囱11排放。

干法脱硫系统8配套有脱硫剂粉仓、脱硫剂研磨系统、脱硫剂输送喷射系统，干法脱硫系统8与烟气检测系统连锁，当烟气中的SO₂过高时，系统投入使用，并根据烟气中SO₂含量，调节喷入脱硫剂量。但此脱硫系统不仅限于干法脱硫工艺，也可以采用类似湿法或半干法工艺。整套系统采用自动控制，所用脱硫剂为Ca基，不影响窑尾袋收尘装置9灰料返回水泥窑。

干法脱硫系统8属于水泥烟气管路中的一个子系统，能在水泥生产过程中烟气含硫量超标时快速响应，及时脱除烟气中的SO₂，保证烟气达标排放。由于水泥工序中原料磨12开启后，烟气经过原料磨12，烟气中的SO₂会与原料中的碱性物质反应，保证烟气达标排放，但是当原料磨停用，或烟气中SO₂含量过高时，出口烟气SO₂出现超标，此时需要投入干法脱硫系统8，本实用新型中干法脱硫系统采用Ca基脱硫剂，不影响窑尾袋收尘装置9灰斗粉尘返回使用。

SCR脱硝反应系统4包括烟气导流机构15、脱硝均化层16和SCR催化剂层17，烟气导流机构15使烟气进入SCR脱硝反应系统4时保证烟气沿装置截面保持均匀，烟气导流机构15的下方设置脱硝均化层16，进一步将烟气与氨气混合，提高脱硝效率。脱硝均化层16采用模块化设计，可在线抽取清灰，脱硝均化层16的下方等间距设置SCR催化剂层17，SCR催化剂层17中催化剂采用11孔或者13孔等大孔径高温催化剂，催化剂中添加微量元素，抗碱金属性能优异，催化剂采用n+1形式，铺设n层催化剂及一层预留层，系统运行2～3年后，脱硝效率下降时，在预留层增加新鲜催化剂，保证脱硝效率。

参阅图2-3，烟气导流机构15包括底板151、烟气导流筒152和烟气导流板153，底板151上贯穿设置烟气导流筒152，烟气导流筒152的内部均等分布有设置于底板151上的烟气导流板153。烟气导流筒152由顶部的喇叭口和底部的直筒结构组成。底板151上分布有烟气导流孔1511，每个烟气导流板153的两侧均分布有烟气导流孔1511。由于烟气导流筒152的顶部为喇叭型，可以将烟气(烟气流向为图2中的箭头指向)聚集，然后通过均等分布的烟气导流板153进行导流，由烟气导流孔1511进入罐体19，保证烟气沿装置截面保持均匀。

SCR脱硝反应系统4底部配有船型灰斗18，烟气中很大一部分粉尘落入船型灰斗18，并由底部的刮板机和斗提机等输送设备返回多级预热器3。

水泥窑烟气从回转窑1进入分解炉2再到多级预热器3，从多级预热器3出来后的烟气(温度约为320℃～360℃，含尘量约为100g/Nm³～130g/Nm³)进入SCR脱硝反应系统4，SCR脱硝反应系统4入口设置烟气导流机构15，使烟气进入SCR脱硝反应系统4时沿装置截面保持均匀。一定质量分数的氨水从储罐内经流量调节机构，根据烟气中氮氧化物浓度，由喷枪将适量氨水喷入烟道内，雾化后的氨水与高温烟气接触后瞬间气化，随后烟气通过脱硝塔上部的脱硝均化层16使烟气与氨气进一步均匀混合，在催化剂的作用下，烟气中的氮氧化物与氨气反应生成氮气和水蒸气；从SCR脱硝反应系统4中出来的烟气根据水泥工艺生产流程进入SP炉5进行余热回收或者进入增湿塔6内喷水降温；当原料磨12停止生产(或排放烟气中硫含量超标)时，启动干法脱硫系统8，一定量脱硫剂由磨机细磨后直接均匀喷入烟道内，与烟气中的SO₂以及酸性物质反应，最后烟气经窑尾袋收尘装置9除尘后由烟囱排放至大气；当原料磨12开启(或排放烟气中硫含量达标)时，干法脱硫系统8关闭，烟气直接进入原料磨12，最后依次经过旋风收尘器13和窑尾袋收尘装置9，最终净烟气经主风机10抽引由烟囱11排放至大气。

烟气导流机构15通过流场模拟优化，确定导流板形式及结构，保证进入脱硝系统中的烟气沿装置截面保持速度场均匀；脱硝均化层16主要采用多孔介质制作，形式为多个可在线拆卸单元模块，能够使通过的烟气与氨气进一步混合，大大增加了脱硝效率，减少出口氨逃逸，同时拦截烟气中部分粉尘，减小粉尘对催化剂的磨损，在运行一段时间后，可以在线拆除均化层单元模块，对模块进行清灰操作，保证脱硝均化层16的使用效果；SCR催化剂层17可以随时填充新的催化剂，当系统运行2～3年，脱硝效率降低无法满足排放要求时，在SCR催化剂层17中填充新鲜催化剂，保证整体脱硝效率，提高催化剂利用率，降低脱硝运行成本；SCR催化剂层17根据实际烟气情况设置2～4层，填装高温高尘专用催化剂，催化剂中添加微量元素，有较强的抗硫、抗水、抗碱金属中毒能力，所用催化剂单元孔数不大于13孔，从催化剂结构上避免堵塞，同时采用高效吹灰装置：声波吹灰+耙式吹灰，及时全方位有效清理催化剂表面粉尘，避免催化剂堵塞，烟气中的氮氧化物在催化剂的作用下被氨气还原为氮气和水蒸气，具体反应方程式如下：

4NO+4NH₃+O₂→4N₂+6H₂O

6NO+4NH₃→5N₂+6H₂O

6NO₂+8NH₃→7N₂+12H₂O

2NO₂+4NH₃+O₂→3N₂+6H₂O

前置式高温高尘SCR脱硝系统底部设置船形灰斗18，催化剂表面吹下的灰由船形灰斗18收集，经刮板机、斗提机返回至多级预热器3。

干法脱硫系统主要由脱硫剂粉仓、脱硫剂研磨系统、脱硫剂输送系统、脱硫剂喷射系统组成，整套系统采用自动控制，所用脱硫剂为Ca基，不影响窑尾收尘器灰料返回水泥窑。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种前置式水泥窑高温高尘烟气SCR脱硝装置，包括回转窑(1)、分解炉(2)和多级预热器(3)，其特征在于：所述回转窑(1)的烟气出口连接于分解炉(2)的烟气进口，所述分解炉(2)的烟气出口连接于多级预热器(3)的烟气进口，所述多级预热器(3)的烟气出气管道分成两个支路，一个支路接入SCR脱硝反应系统(4)，另一个支路接入SP炉(5)或增湿塔(6)，所述增湿塔(6)通过高温风机(7)接入干法脱硫系统(8)，所述干法脱硫系统(8)的出气管道分成两个支路，一个支路接入窑尾袋收尘装置(9)，另一个支路接入烟气送入原料磨(12)，烟气送入原料磨(12)接入旋风收尘器(13)，旋风收尘器(13)通过循环风机(14)接入窑尾袋收尘装置(9)，所述窑尾袋收尘装置(9)的烟气出口通过主风机(10)接入烟囱(11)。

2.根据权利要求1所述的一种前置式水泥窑高温高尘烟气SCR脱硝装置，其特征在于：所述SCR脱硝反应系统(4)包括烟气导流机构(15)、脱硝均化层(16)和SCR催化剂层(17)，所述烟气导流机构(15)的下方设置脱硝均化层(16)，脱硝均化层(16)的下方等间距设置SCR催化剂层(17)。

3.根据权利要求2所述的一种前置式水泥窑高温高尘烟气SCR脱硝装置，其特征在于：所述烟气导流机构(15)包括底板(151)、烟气导流筒(152)和烟气导流板(153)，所述底板(151)上贯穿设置烟气导流筒(152)，烟气导流筒(152)的内部均等分布有设置于底板(151)上的烟气导流板(153)。

4.根据权利要求3所述的一种前置式水泥窑高温高尘烟气SCR脱硝装置，其特征在于：所述烟气导流筒(152)由顶部的喇叭口和底部的直筒结构组成。

5.根据权利要求3所述的一种前置式水泥窑高温高尘烟气SCR脱硝装置，其特征在于：所述底板(151)上分布有烟气导流孔(1511)，每个烟气导流板(153)的两侧均分布有烟气导流孔(1511)。

6.根据权利要求2所述的一种前置式水泥窑高温高尘烟气SCR脱硝装置，其特征在于：所述脱硝均化层(16)采用模块化结构设置。

7.根据权利要求2所述的一种前置式水泥窑高温高尘烟气SCR脱硝装置，其特征在于：所述SCR催化剂层(17)中催化剂采用11孔或者13孔大孔径高温催化剂。

8.根据权利要求1所述的一种前置式水泥窑高温高尘烟气SCR脱硝装置，其特征在于：所述SCR脱硝反应系统(4)底部配有船型灰斗(18)，船型灰斗(18)的底部设置刮板机，刮板机通过斗提机接入多级预热器(3)。

9.根据权利要求1所述的一种前置式水泥窑高温高尘烟气SCR脱硝装置，其特征在于：所述干法脱硫系统(8)配套有脱硫剂粉仓、脱硫剂研磨系统、脱硫剂输送喷射系统。

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