浅析水泥工业脱硝技术的应用

Posted 2023-01-11 烟气

篇首语：识字粗堪供赋役，不须辛苦慕公卿。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了浅析水泥工业脱硝技术的应用相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

1、水泥工业脱硝的常用技术分析
1.1燃烧中的脱硝技术
1.1.1低NOx燃烧器。该脱硝技术是指在窑头使用新型低NOx燃烧器降低一次风量，使火焰第一燃烧区形成缺氧燃烧，减少氮氧化物的产生，与此同时利用火焰形状对火焰温度进行控制，以减少高温型NOx的生成。当前，空气分级低NOx燃烧器和燃料分级低NOx燃烧器是应用最广的低NOx燃烧器类型，这两种低NOx燃烧器均可以在二次燃烧区内，使燃料完全燃烧。
1.1.2分级燃烧技术。该技术又可分为空气分级燃烧技术和燃料分级燃烧技术，主要利用分级燃烧的方法在水泥窖分解炉的锥部形成一种缺氧燃烧环境，产生一氧化碳还原区域，通过利用CO、H2等还原剂与烟气中的氮氧化物发生还原反应，从而将其还原成氮气，降低污染。
1.2燃烧后的脱硝技术
SNCR脱销技术是指在不需要催化剂的作用下，向高温窖炉区域内喷入氨水、尿素等还原剂，通过炉膛区的助燃风带入余氧，促使还原剂与NOx发生反应，最终生成N2和H2O，消除污染，该技术是燃烧后脱硝最为常用的一项技术措施。当前，SNCR是国外水泥企业普遍使用的主流脱硝技术，而布置喷枪位置是该技术的关键环节，通常情况下将喷枪布置在分解炉上部或出口处，并采取多层布置的方式。通过调查研究发现，SNCR脱销技术可有效减少NOx的排放。
2、SNCR脱硝技术在水泥工业烟气脱硝中的应用
为了便于本文研究，下面以国内某水泥公司的一条日产量为5kt的干法水泥生产线为依托，设计水泥窑SNCR脱硝试验装置。该水泥生产线采用的是回转窑+分解炉的生产工艺，且水泥窑已经实施了分级燃烧脱硝技术改造，在各个负荷条件下的NOx排放浓度均低于780mg/m3，烟气流量为(3.75-4.55)×105m3/h。水泥窑SNCR脱硝试验装置的工艺流程如图1所示。

图1水泥窑SNCR脱硝试验装置的工艺流程
2.1分析方法及试验条件
采用烟气在线检测仪对NOx的质量浓度进行分析；采用次氨酸钠-水杨酸分光光度法对NH2的质量浓度进行分析；试验条件为氨水质量分数为13%、n(NH3)：n(NOx)为1.2、雾化压力为0.35MPa。
2.2实验结果分析
2.2.1喷入点温度对NOx去除率的影响。由实验结果可知，当喷入点的温度在853-911摄氏度时，NOx的去除率相对较高，约为60%左右，随着喷入点温度的继续升高，NOx的去除率不升反降；当喷入点的温度在894摄氏度时，NOx的去除率最高，达到72.8%，剩余的NOx质量浓度约为196mg/m3。在喷入点温度相对较低时，导致了脱硝反应的速率下降，影响了NOx的去除率。
2.2.2n(NH3)：n(NOx)对NOx去除率及剩余NH3的影响。①由实验结果可知，随着n(NH3)：n(NOx)的增加，NOx的去除率会随之逐步增加，但当n(NH3)：n(NOx)增加至一定程度时，NOx去除率的增加开始逐渐减缓，由此可见，n(NH3)：n(NOx)并不是越大越好，考虑到经济因素，可将两者的比值确定为1.2。②通过实验结果可知，当n(NH3)：n(NOx)的比值小于1.2时，剩余NH3的质量浓度小于0.9mg/m3，将两者的比值增大至1.6时，剩余NH3的质量浓度超出8.0mg/m3。由此可见，当氨水的用量超限时，会导致剩余NH3的质量浓度超标。
2.2.3雾化压力对NOx去除率的影响。由实验结果可知，在雾化压力为0.35MPa时的NOx去除率最高，雾化压力较小时，会导致反应活性降低，致使氨水与烟气的接触不够充分，从而影响脱硝效果；而当雾化压力过大时，容易导致氨水断流的情况发生，这样也会造成NOx的去除率降低。
2.2.4氨水与烟气混合程度对脱硝效率的影响。为保证高NOx去除率，必须使氨水与烟气充分、均匀混合。在实验过程中采取炉壁喷入与炉壁炉内同时喷入氨水的两种方式，通过实验结果表明：当喷枪采用炉壁炉内同时喷入的这种方式时，与炉壁喷入相比，能够显著提升NOx去除率。产生这一实验结果的原因在于，分解炉的直径较大，采用这种运行方式能够促使烟气与氨水充分、均匀接触。为此，在使用SNCR脱销技术时，要根据炉型结构特点，对喷射点位进行合理布置，通过调整喷枪运行方式，促使烟气与氨水混合充分。
2.2.5氨水质量分数对NOx去除率的影响。根据实验结果可知，NOx去除率随着氨水质量分数的增加而略有下降。造成这种现象的原因在于，氨水质量分数越低，则需要喷入体积越大的氨水，使得雾化空气量增加，缩小了氨水雾滴直径，增加了雾滴表面积，促使氨的反应活性增强，创造了充分反应的条件，有助于提升NOx去除率。然而，在实际生产工艺中，水泥工业对分解炉温度的要求十分严格，不允许喷入浓度较低的氨水，否则就会降低分解炉的温度，对水泥质量造成严重影响。基于此点，本次实验将氨水质量分数确定为13.0%。
2.3实验结论
在本次实验当中，以氨水作为还原剂，在日产量为5kt的干法水泥生产线上对SNCR脱硝工艺进行了研究。以炉壁和炉内联合喷入的方式向分解炉中喷入氨水，能够显著提高NOx的去除率。在本文给出的试验条件下，当烟气中的氮氧化物浓度为721mg/m3时，NOx的去除率为72.8%，剩余NOx质量浓度为196mg/m3，该数值负荷水泥工业大气污染排放物标准给出的限值(320mg/m3)。同时剩余NH3的质量浓度为0.9mg/m3，远远低于标准中规定的8.0mg/m3。