一種水泥窯煙氣NOx控制工藝及其裝置的製作方法

2023-05-03 16:57:26

專利名稱：一種水泥窯煙氣NOx控制工藝及其裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於水泥製造技術領域，涉及一種煙氣淨化技術，特別是一種對水泥窯產生的
氮氧化物(N0x)煙氣採用選擇性非催化還原法(SNCR)及選擇性催化還原法(SCR)聯
合脫除方法進行治理的工藝及其裝置。
背景技術：
在新型幹法水泥生產工藝中，水泥迴轉窯是水泥熟料燒成的關鍵技術裝備，也是N0x 的主要來源，在其運行中產生大量的NOx煙氣，根據有關監測數據顯示，大約在800 1600mg/Nn^左右，大部分水泥廠達不到《水泥工業大氣汙染物排放標準》GB4915-2004 規定的小於800mg/Nm3要求，而在德國、美國等發達國家的環保標準要求是小於200 500mg/Nm3。因此，水泥迴轉窯NOx的排放已成為水泥廠的主要汙染源之一，造成的大氣 汙染已嚴重破壞了生態環境。據統計，水泥工業的NOx總量巳是居火力發電、汽車尾氣 之後的第三大NOx排放大戶。
目前，用於新型幹法水泥迴轉窯煙氣NOx的控制技術，主要有選擇性非催化還原 (SNCR)脫除法和選擇性催化還原(SCR)脫除法。
SNCR脫除法是在1000。C左右的分解爐中加入尿素[CO(NH2)2 ]或氨水(NH40H)作為還 原劑，N0x在950 105(TC的溫度範圍內被還原劑還原為無害的N2和H20，其反應式為
4NH3+4N0+02—4N2+6H20
由於SNCR脫除法必須在900 1050。C的溫度下才能發生有效的反應，當溫度低於800 。C時，朋3與N0的反應速度很慢；當溫度高於1300。C時NH3轉變為N0的趨勢會變得明顯，其反應式為
4NH3+502—4N0+6H20
同時，由於分解爐內的粉塵濃度高、流場波動大、生料成分複雜，所以其N0x的脫 除效率相對較低，只有30 40%左右，且存在著氨洩漏量大的問題。
SCR脫除法是在水泥窯的預熱器出口的管道上把煙氣(約35(TC)引入SCR反應塔， 在管道上加入尿素[C0(NH2)2 ]或氨水(NH40H)作為還原劑，NOx在催化劑作用下被氨還 原為無害的N2和H20，其反應式為-
4N0+4NH3+02—4N2+6H20
4NH3+2N02+02—3N2+6H20
N02+N0+2NH3—2N2+3H20
雖然SCR脫除法對NOx的脫除效率較高，但SCR脫除法需要使用價格昂貴的釩、鎢類 的金屬催化劑，且消耗量大，其投資和運行成本較高。

發明內容
本發明所要解決的技術問題在於，針對現有技術的不足，提供一種水泥窯煙氣NOx 控制工藝，其工藝路線合理，有機地將SNCR和SCR脫除法結合在一起，脫除效率高，氨 洩漏率小，水泥窯N0x煙氣排放濃度可控制在200mg/Nm3以下。同時，本發明還提供一種 實現上述工藝的裝置，其投資省，運行成本低，並且操作方便。
本發明解決其技術問題所採用的技術方案是
一種水泥窯煙氣NOx控制工藝首先採用SNCR脫除法的原理，將水泥窯窯尾排出的 高溫NOx煙氣送入分解爐中，在900 105(TC溫度下，噴射過量的還原劑，使煙氣中部分 NOx被還原為無害的&和H20;未脫除的NOx及剩餘的還原劑隨著煙氣進入預熱器，與預熱器中的物料進行熱交換後，再採用SCR脫除法的原理，進入直通均流式反應塔，在300 380'C和催化劑的作用下，煙氣中的N0x被還原為無害的N2和H20;脫除NOx後的煙氣再送 入後續的除塵器過濾粉塵，淨化後經主排風機，由煙囪排出。
上述還原劑為尿素[CO(NH丄]或氨水(NH40H), NOx與朋3的摩爾比為1: 2. 8 3. 5。 一種水泥窯煙氣NOx控制裝置，包括分解爐、預熱器、直通均流式反應塔、高溫風 機和還原劑製備供給裝置；分解爐的下端通過煙氣管道與水泥窯的窯尾相通連，引人高 溫的NOx煙氣；在分解爐內腔的下部安裝有多把與還原劑製備供給裝置相連的噴槍，以 噴射過量的還原劑，在900 105(TC溫度下，將煙氣中60 65%左的NOx還原成^和H20; 分解爐的上端與預熱器通過煙氣管道相通連，以與預熱器中的物料進行熱交換；預熱器 的上端經煙氣管道與直通均流式反應塔上端的進氣口相通連，將降至300 38(TC的煙氣 輸入直通均流式反應塔中；在直通均流式反應塔的中部裝有催化劑模塊，煙氣中未被脫 除的NOx及剩餘的還原劑在催化劑模塊的作用下還原成A和H20;在催化劑模塊的上方 設有聲波清灰器，用於清除催化劑模塊表面的積灰；直通均流式反應塔的下端接有灰鬥， 灰鬥的下口接有鎖風卸料器，灰鬥的側面設有出氣口，該出氣口與高溫風機相通連。高 溫風機通過風管將脫除NOx後的煙氣送至生料立磨或除塵器繼續除塵淨化，淨化後的氣 體由主排風機引入煙囪，排入大氣。
上述催化劑模塊包含有板狀催化劑和籠架，板狀催化劑是以鋼絲網作為支撐骨架，在 支撐骨架上通過粘膠塗覆有催化劑粉而製成，其上端大、下端小呈楔塊形；數塊板狀催化 劑分多層均勻地置於籠架內。由於採用上大下小的楔塊形板狀催化劑，從而使粉塵不易粘 附在其側面，減少了粉塵對催化劑縫隙的堵塞和對催化劑模塊的磨損，延長了催化劑模塊 的使用壽命，適用於高濃度粉塵的處理。上述灰鬥為偏心式灰鬥，可防止粉塵結拱，導致灰鬥堵灰；並在偏心式灰鬥的出氣 口處設有百葉窗式過濾板，以脫除部分粉塵，減少粉塵對高溫風機的磨損，過濾出的粉 塵直接落入灰鬥內，由鎖風式卸料器輸出。
在直通均流式反應塔的內上部設有均流板，使煙氣均勻地通這催化劑模塊，以提高 對N0x的脫除效率。
上述還原劑製備供給裝置包含有攪拌罐、儲液罐、壓縮空氣站、泵站；帶有攪拌器 的攪拌罐通過輸送泵與儲存罐的上部相通連，'以將製備好的還原劑溶液輸入到儲液罐中； 儲液罐與添加泵的輸入端相連，添加泵的輸出端分成兩路， 一路與儲存罐相連，形成多 餘還原劑溶液的迴路，另一路與泵站的進液口相連；泵站的進氣口通過減壓閥與壓縮空 氣站相連；泵站的出氣口和出液口分別經供液氣管和供液管及閘板與噴槍相連，將還原 劑溶液噴出，形成霧化的小液滴至分解爐內。
包含有控制櫃和煙氣取樣探頭A、探頭B的控制機構，與控制櫃相連的煙氣取樣探 頭A和B分別置於直通均流式反應塔的進氣口和出氣口處；控制櫃還與還原劑供給裝置 和聲波清灰器相連，根據煙氣取樣探頭A和B的前饋和反饋信號，通過控制櫃自動調節 噴槍所噴出的還原劑流量、壓力及霧化效果，以保證直通均流式反應塔出口的NOx^度 滿足環保標準的排放要求，並定時對催化劑模塊進行清灰，清除催化劑表面的積灰。
上述安裝於分解爐內的多把噴槍，呈二至四層、交錯分布，以消除噴霧死角，提高 脫除效果。
本發明的有益效果在於由於將SNCR脫除法和SCR脫除法有機的結合在一起，充分 利用分解爐內的高溫條件，在分解爐內噴入過量的還原劑，提高了 SNCR脫除效率，脫除 了煙氣中大部分NOx，降低SCR脫除法的工作壓力，使後續的直通均流式反應塔規模大大減小，相應的催化劑模塊的用量也大大降低，節省了裝備投資，降低了運行成本，且過量 的還原劑會與煙氣中未脫除的N0x在直通均流式反應塔內，在催化劑的作用下將煙氣中的 N0x基本脫除，不僅脫除效率高，而且氨洩漏率小。因此，本發明具有工藝路線合理、脫 除效率高、氨洩漏率小的優點，水泥窯N0x煙氣排放濃度可控制在200mg/NmS以下，'並且 投資省，運行成本低，操作方便。


圖l為本發明的工藝流程圖2為本發明所採用的還原劑製備供給裝置的結構示意圖； 圖3為本發明所採用的直通均流式反應塔的結構示意圖； 圖4為本發明所採用的催化劑模塊的結構示意圖。
圖中l為還原劑製備供給裝置、l-l為閘閥、1-2為減壓閥、l-3為泵站、1-4為 供氣管、l-5為供液管、1-6為噴嘴、l-7為噴槍、1-8為添加泵、1-9為儲存罐、1-10 為過濾器、1-ll為輸送泵、l-12為攪拌罐、l-13為攪拌器、l-14為壓縮空氣站、2為 水泥迴轉窯、3為分解爐、4為管道、5為預熱器、6為直通均流式反應塔、6-1為進氣 口、 6-2為均流板、6-3為聲波清灰器、6-4為催化反應室、6-5為催化劑模塊、6_5_1 為板狀催化劑、6-5-2為籠架、6-6為灰鬥、6-7為出氣口、 6-8為百葉窗式過濾板、6-9 為鎖風卸料器、7為PLC控制櫃、8為高溫風機、A和B為煙氣取樣探頭、8為高溫風機。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步詳細說明
水泥窯煙氣NOx控制工藝從水泥迴轉窯2的窯尾排出的IOO(TC以上的高溫煙氣， 煙氣中NOx的濃度約為1000mg/Ni^左右，通過管道4以10m/s的流速進入分解爐3內，由還原劑製備供給裝置提供的尿素、氨水等還原劑溶液以25%的濃度、0.2L/s的流量從分解 爐下部噴槍噴入煙氣中，從而使N0x與還原劑的摩爾比約為1: 3.0 3.2;在900 1050 "C的溫度窗口下，與煙氣中的N0x發生還原反應，生成無害的N2和H20，使煙氣中的N0x 大部分被脫除。未能脫除的N0x和剩餘的還原劑從分解爐3的上部通過管道4隨煙氣一起 進入預熱器5與物料進行熱交換，煙氣溫度下降到約35(TC左右後，從預熱器5的頂部排 出，通過管道4進入直通均流式反應塔6。在直通均流式反應塔6中，未脫除的部分NOx 在催化劑的作用下，與過量的還原劑繼續發生還原反應，生成無害的N2和H20，煙氣中的 N0x的濃度可降至200mg/Ni^以下。再在高溫風機8的作用下進入後續的除塵器過濾除塵 後，由主排風機引入煙囪，排入大氣。
水泥窯煙氣NOx控制裝置包括還原劑製備供給裝置1、分解爐3、管道4、預熱器 5、直通均流式反應塔6、高溫風機8和控制機構。迴轉窯2的尾端與分解爐3的下端相通 連，在分解爐3的內腔下部裝有12把與還原劑製備供給裝置1相連的噴槍1-7，噴槍1-7 呈三層、交錯分布，以消除噴霧死角；噴槍l-7將過量的還原劑溶液噴入分解爐3中，在 900 1050。C溫度下，將部分NOx還原成&和H20;分解爐3的上端與預熱器5通過煙氣管 道4相通連，以與預熱器5中的物料進行熱交換；預熱器5的上端經煙氣管道4、高溫風 機8與直通均流式反應塔6上端的喇叭狀進氣口 6-1相通連，將降至35(TC左右的煙氣輸 入直通均流式反應塔6中；在直通均流式反應塔6的內上部設有數塊呈A形的均流板6-2， 在直通均流式反應塔6的中部空腔為裝有催化劑模塊6-5的催化反應室6-4，煙氣中未被 脫除的NOx及剩餘的還原劑在催化劑模塊6-5的作用下進一步還原成&和H20;上述催化 劑模塊6-5包含有板狀催化劑6-5-1和籠架6-5-2，板狀催化劑6-5-1是以鋼絲網作為支 撐骨架，在支撐骨架上通過粘膠塗覆有釩、鎢類催化劑粉而製成，其上端大、下端小呈楔塊形；數塊板狀催化劑6-5-1分多層均勻地置於籠架6-5-2內。由於採用上大下小的楔塊 形板狀催化劑6-5-1，從而使粉塵不易粘附在其側面，減少了粉塵對板狀催化劑本1 縫隙的堵塞和對催化劑模塊6-5的磨損，延長了催化劑模塊6-5的使用壽命，特別適用於 高濃度粉塵的處理。在催化劑模塊6-5的上方設有聲波清灰器6-3，用於清除催化劑模塊 6-5表面的積灰；直通均流式反應塔6的下端接有灰鬥6-6，灰鬥6-6的下口接有鎖風卸 料器6-9，灰鬥6-6的側面設有喇叭狀的出氣口 6-7，該出氣口 6-7與高溫風機8相通連； 上述灰鬥6-6為偏心式灰鬥，可防止粉塵結拱，導致灰鬥堵灰；並在灰鬥6-6的出氣口 6-7 處設有百葉窗式過濾板6-8，以脫除部分粉塵，減少粉塵對高溫風機8的磨損，過濾出的 粉塵直接落入灰鬥6-6內。高溫風機8通過風管將脫除N0x後的煙氣送至後續的除塵器繼 續除塵淨化，淨化後的氣體由主排風機引入煙囪，排入大氣。
本發明所採用的還原劑製備供給裝置1包含有由閘閥1-1、減壓閥1-2、泵站1-3、供 氣管1-4、供液管1-5、噴嘴1-6、噴槍1-7、添加泵1-8、儲存罐1-9、過濾器1-10、輸 送泵l-ll、攪拌罐1-12、攪拌器1-13。其中攪拌器1-13安裝在攪拌罐1-12內，過濾器 1-10安裝在攪拌罐卜12內，通過管道、閘閥1-1與輸送泵1-11相連，輸送泵1-11經管 道和閘閥1-1與儲存罐1-9的上部相連接，將製備好的還原劑溶液送入儲存罐1-9，.儲存 罐1-9內裝有過濾器1-10，儲存罐1-9中的溶液經過濾器1-10過濾後除去雜質，添加泵 1-8的一端通過管道和閘閥1-1與儲存罐1-9相通連，另一端通過閘閥1-1後分為兩路， 一路通過管道和閘闊1-1與儲存罐l-9相連形成多餘還原劑溶液的迴路，另一路通過管道 與泵站1-3的進液口相連。泵站1-3的進氣口通過閘闊1-1、減壓閥1-2和管道與壓縮空 氣站1-14相連通，泵站1-3的出氣口和出液口分別通過管道分別與環形的供氣管1-4和 環形的供液管1-5相通連。供氣管1-4和供液管1-5分別通過閘闊1-1、管道和噴槍1-7的兩個接口相通連。噴嘴l-6安裝在噴槍l-7的端部，還原劑溶液通過噴嘴1-6噴出形成 霧化的小液滴至分解爐3內。本發明所採用的控制機構包含有控制櫃7、煙氣取樣探頭A和探頭B，與控制櫃7相 連的煙氣取樣探頭A和B分別置於直通均流式反應塔6的進氣口 6-1和出氣口 6-7處，以 控制進出直通均流式反應塔6的N0x、 NH3濃度和煙氣溫度等工況參數。PLC控制櫃7與還 原劑製備供給裝置1的泵站1-3、添加泵1-8、攪拌罐1-12、儲存罐1-9、輸送泵1-11、 攪拌器1-13相連，用於自動控制向噴槍1-7提供還原劑和壓縮空氣的壓力，以保證噴霧 嘴1-6的流量、壓力及霧化效果，並且根據煙氣成分和溫度等工況的變化實現流量的自動 調節，同時控制各泵的開停，保持攪拌罐1-12和儲存罐1-9的液位穩定。PLC控制櫃7 還與聲波清灰器6-3相連，定時對催化劑模塊6-5進行清灰，清除催化劑表面的積灰。本發明由於將SNCR脫除法和SCR脫除法有機的結合在一起，充分利用分解爐3內的 高溫條件，在分解爐3內噴入過量的還原劑，提高了SNCR脫除效率，在分解爐3內把煙 氣中大部分NOx脫除，降低SCR脫除法的工作壓力，使後續的直通均流式反應塔6的規模 大大減小，催化劑的用量也大大降低，節省了裝備投資，降低了運行成本，且過量的還原 劑會與煙氣中的未脫除的NOx在直通均流式反應塔6內，在催化劑的作用下將煙氣中的NOx 基本脫除，不僅NOx脫除效率高，而且氨的洩漏率小。因此，本發明具有工藝路線合理、 NOx脫除效率高、氨洩漏率小的優點，水泥窯N0x煙氣排放濃度可控制在200mg/Nnf以下， 並且投資省，運行成本低，操作方便。
權利要求
1、一種水泥窯煙氣NOx控制工藝，其特徵在於將水泥窯窯尾排出的高溫NOx煙氣送入分解爐中，在900～1050℃溫度下，噴射過量的還原劑，使煙氣中大部分NOx被還原為無害的N2和H2O；未脫除的NOx及剩餘的還原劑隨著煙氣進入預熱器，與預熱器中的物料進行熱交換後，進入直通均流式反應塔，在300～380℃和催化劑的作用下，煙氣中的NOx被還原為無害的N2和H2O。
2、 根據權利要求1所述的一種水泥窯煙氣NOx控制工藝，其特徵在於上述譯原劑 為尿素[CO(NH2) 2 ]或氨水(NH40H) ， NOx與NH3的摩爾比為1: 2. 8 3. 5。
3、 一種水泥窯煙氣NOx控制裝置，其特徵在於包括分解爐、預熱器、直通均流式 反應塔、高溫風機和還原劑製備供給裝置；分解爐的下端通過煙氣管道與水泥窯的窯尾相 通連，在分解爐內腔的下部安裝有多把與還原劑製備供給裝置相連的噴槍；分解爐的上端 與預熱器通過煙氣管道相通連，預熱器的上端經煙氣管道與直通均流式反應塔上端的進氣 口相通連；在直通均流式反應塔的中部空腔裝有催化劑模塊，在催化劑模塊的上方設有聲 波清灰器；直通均流式反應塔的下端接有灰鬥，灰鬥的下口接有鎖風卸料器，灰鬥的側面 設有出氣口，該出氣口與高溫風機相通連。
4、 根據權利要求3所述的一種水泥窯煙氣N0x控制裝置，其特徵在於上述催化劑 模塊包含有板狀催化劑和籠架，板狀催化劑是以鋼絲網作為支撐骨架，在支撐骨架上通過 粘膠塗覆有催化劑粉而製成，其上端大、下端小呈楔塊形；數塊板狀催化劑分多層均勻地 置於籠架內。
5、 根據權利要求3所述的一種水泥窯煙氣N0x控制裝置，其特徵在於上述灰鬥為 偏心式灰鬥，可防止粉塵結拱，導致灰鬥堵灰；並在偏心式灰鬥的出氣口處設有百葉窗式 過濾槔，以脫除部分粉塵，減少粉塵對高溫風機的磨損，過濾出的粉塵直接落入灰鬥內，由鎖風式卸料器輸出。
6、 根據權利要求3所述的一種水泥窯煙氣NOx控制裝置，其特徵在於在直通均流 式反應塔的內上部設有使煙氣均勻地通過催化劑模塊的均流板。
7、 根據權利要求3所述的一種水泥窯煙氣NOx控制裝置，其特徵在於上述還原劑 製備供給裝置包含有攪拌罐、儲液罐、壓縮空氣站、泵站；帶有攪拌器的攪拌罐通過輸送 泵與儲存罐的上部相通連；儲液罐與添加泵的輸入端相連，添加泵的輸出端分成兩路，一 路與儲存罐相連，形成多餘還原劑溶液的迴路，另一路與泵站的進液口相連；泵站的進氣 口通過減壓閥與壓縮空氣站相連;泵站的出氣口和出液口分別經供液氣管和供液管及閘板 與噴槍相連。
8、 根據權利要求3所述的一種水泥窯煙氣NOx控制裝置，其特徵在於上述安裝於 分解爐內的多把噴槍，呈二至四層、交錯分布。
9、 根據權利要求3所述的一種水泥窯煙氣NOx控制裝置，其特徵在於包含有控 制櫃和煙氣取樣探頭A、探頭B的控制機構，與控制櫃相連的煙氣取樣探頭A和B分別 置於SCR反應爐的進氣口和出氣口處；控制櫃還與還原劑供給裝置和聲波清灰器相連。
全文摘要
本發明提供一種水泥窯煙氣NOx控制工藝及其裝置。將SNCR和SCR脫除法有機地結合在一起，首先採用SNCR脫除法的原理，將水泥窯窯尾排出的高溫NOx煙氣送入分解爐中，在g00～1050℃溫度下，噴射過量的還原劑，使煙氣中大部分NOx被還原為無害的N2和H2O;未脫除的NOx及剩餘的還原劑隨著煙氣進入預熱器，與預熱器中的物料進行熱交換後，再採用SCR脫除法的原理，進入直通均流式反應塔，在350℃左右和催化劑的作用下，煙氣中的 NOx被還原為無害的N2和 H2O。本發明具有工藝路線合理、脫除效率高、氨洩漏率小的優點，水泥窯NOx煙氣排放濃度可控制在200mg／Nm3以下，並且投資省，運行成本低，操作方便。
文檔編號B01D53/86GK101314105SQ200810144169
公開日2008年12月3日 申請日期2008年7月25日 優先權日2008年7月25日
發明者何美華, 俞進旺, 宋正華, 楊正平, 袁海燕, 陳開明 申請人:江蘇中科節能環保技術有限公司