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我国水泥厂脱硝技术现状及展望

Date: 2020-07-20
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目前,中国水泥生产行业发展迅速,其氮氧化物排放量逐年增加。氮氧化物作为一种高活性和高氧化性污染物,也是酸沉降,土壤污染和水体富营养化等环境问题的重要因素。这些问题严重威胁着人们的健康,因此控制氮氧化物变得至关重要。人们可以使用脱硝技术来有效减少水泥生产来源的氮氧化物排放。但是,会出现一系列新的环境问题,人们只有通过适当的预防工作才能有效减少脱硝技术对生态环境的负面影响。

脱硝技术使用氨(NH3)作为还原剂将烟道气从原始系统烟道的适当区域提取到新反应器。在反应器中提供催化剂,并在远离反应器的上游烟道中提供还原剂注入系统(枪),将氨和烟道气充分均匀混合,然后进入反应器,生成N2和H2O。脱硝效率一般可达到90%以上。

由于脱硝技术使用原始设备(如分解炉)作为反应器,脱硝技术需要新的反应器。将原始烟道气引入反应器,然后在脱硝后送回原始烟道。这需要改造原始风扇系统。此外,脱硝技术需要使用催化剂,系统更复杂,维护和维护更麻烦。因此,它在投资和运营成本方面要高得多。

一、水泥厂脱硝技术种类

1.1低NOx燃烧器

目前,低NOx燃烧器在我国有很多应用,但效果受窑工况的影响很大。它需要与其他烟气脱硝技术相结合,以实现高脱硝率。

1.2选择性催化还原(SCR)法

SCR脱硝方法在催化剂作用下在300-450℃下将烟道气中的NOx还原为N2。SCR方法具有脱氮效率高的优点,广泛应用于电厂锅炉脱硝。然而,由于SCR反应温度范围和粉尘含量的特殊要求,它很少用于水泥生产线。主要原因为:

(1)窑炉烟气通常用于余热发电,余热发电系统的烟气温度不能满足SCR的温度要求;

(2)一次性投资大,贵金属催化剂必须每三年更换一次,运行成本高。

(3)窑烟气中高浓度的粉尘和有害元素容易引起催化剂堵塞和中毒;

(4)催化剂增加烟气,使窑系统的排气阻力增加500~1000Pa;

(5)基本上没有空间用于将SCR催化剂框架布置在窑尾框架周围。

1.3分级燃烧技术

空气分级燃烧也是更常用的低NOx燃烧技术之一。燃烧支持的空气分级燃烧技术的基本原理是:将燃烧所需的空气量分为两个阶段,使第一阶段燃烧区(还原区)的空气过剩率小于1,燃料首先在缺氧条件下燃烧,导致燃烧速率和温度降低,从而抑制热氮氧化物的形成。同时,缺氧燃烧产生CO,CH4,H2,HCN和其他还原剂以与NOx反应以抑制燃料氮氧化物的形成。在二次燃烧区(燃尽区),它变成富氧燃烧区。此时,空气量大,一些中间产物被氧化形成NOx,但燃烧温度低于常规燃烧温度,产生的NOx量少。然而,分级燃烧脱氮技术缺点在于,脱氮效率低于30%,一次投资大。因此可与SNCR方法同时使用,以更低的运营成本实现更高的脱硝率。

二、水泥厂脱硝技术现状

2.1新增逃逸氨气对环境的影响

现在,一些新的脱硝技术不断用于水泥生产。虽然它们能有效减少氮氧化物的排放,但一些新污染物的出现对环境有一定的负面影响。研究表明,在安装脱氮装置后,新的脱硝技术为污染物添加了新的氨污染物。逸出氨意味着部分气体不与氮氧化物反应并在还原反应过程中流入空气中。这些逸出的氨气导致出现硫酸铵或其他铵盐,这会堵塞和腐蚀诸如空气预热器等设备。如果这些逃逸的氨气和飞灰相互吸附,也会影响粉煤灰的处理工作,其排放的氨气味将严重影响水泥厂附近居民的正常生活。

2.2脱硝装置引起的环境风险问题

脱硝技术在水泥生产中的应用也将带来一定的环境风险。如果使用氨作为还原剂,其运输和储存很容易对生态环境构成威胁。主要原因是氨水的性质不同于其他还原剂,具有强烈的刺激性气味,易溶于水,具有一定的毒性,还会腐蚀人体皮肤甚至窒息人。氨水容易分解成氨气,分解速率与空气温度成正比。一旦氨水在储存或运输过程中泄漏,很容易引起爆炸事故并对周围环境构成严重威胁。

三、解决对策

3.1逃逸氨气的控制措施

目前,脱硝技术在水泥生产中的应用越来越广泛。因此,采取适当的预防措施至关重要。首先,有必要适当控制氨的逸出,以避免影响周围环境。人们可以在炉内喷洒合适的还原剂,严格控制反应条件,如温度和停留时间。一旦温度太低,氮氧化物就不能与还原剂充分反应形成逸出氨。因此,有必要严格控制SCNR系统中的喷射系统,以确保还原剂的喷射量和还原剂的分布满足相关要求。其次,要不断完善控制系统,优化相应的工艺,降低氨逃逸的概率。

3.2严格实施精细化操作

窑排气室的氧含量越低,分级燃烧的脱氮效果越好。水泥厂研究发现,当窑尾氧含量高于3.5时,脱硝效率显着降低。因此,必须通过全面提高生产管理水平和精细化操作水平来确保,这对许多水泥厂来说是一个挑战。

水泥厂通过优化回转窑系统的煅烧系统来控制火焰的形状和适当的煅烧温度以减少NOx。在不影响熟料质量的前提下,降低窑尾主排风扇的速度,减少系统的风耗,增加风量,尽可能降低空气过剩系数;适当减少窑中供给的煤量,增加供给分解炉的煤量,使NOx排放浓度控制在800mg/Nm3以下,降低系统阻力。在确保脱硝效率的同时,可以降低熟料燃烧能耗,从而实现节能减排效果。

3.3优化操作SNCR烟气脱硝系统

为了满足脱硝要求,水泥厂应仔细总结加湿塔的操作经验,以处理窑废气。在SNCR烟气脱硝设施中,前喷射系统配备8-16根喷枪(根据窑型确定),具有良好的雾化效果和抗堵塞功能。每个喷枪的流量调节范围为20至200L/h,为熟料生产线的特性设定科学合理的NH3/NOx摩尔比。采用浓度为20%氨水,脱硝效率高,运行成本低,运输和储存安全性好,作为还原剂供应充足。通过PLC控制系统,SNCR运行参数显示在中央控制操作室的计算机屏幕上,实现了实时监控的目的。根据在线监测数据自动控制氨喷射量,以确保控制NOx排放浓度和氨泄漏。

3.4成功实施配套改造

根据原系统的需要,应该调整三次风进口面积和风速进炉;根据原系统的运行情况,调整冲裁点的位置,使原料沿分解炉锥体内部向下滑动,从而避免分解锥体内的不良现象。在上升烟道与分解炉锥度的连接处设计曲面升降台,以防止材料坍塌。

四、结束语

近年来,中国的社会经济不断发展,也带动了城市建筑业的发展,市场对水泥的需求不断增加。在应用水泥脱硝技术的过程中,人们必须全面分析脱硝技术对环境的影响,然后采取有效的对策。促进水泥生产,减少环境污染和危害,实现人与自然的和谐发展。

中国水泥网定于2020年8月25-26日在浙江湖州召开'2020中国水泥行业超洁净排放技术交流大会”,联合业内同仁,探讨更高效,更经济的水泥行业超低排放实施方案,推动行业绿色高质量发展。会后将组织参观“湖州槐坎南方水泥二代干法示范线项目”。


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