专利名称：用于水泥回转窑的sncr脱硝装置和方法
技术领域：
本发明属于水泥回转窑污染物排放控制技术领域，特别涉及一种用于水泥回转窑的SNCR脱硝装置和方法。
背景技术：
氮氧化合物NOx是大气的主要污染物之一，它主要由NO和NO2两种物质组成。各种工业设备高温燃烧产生的NOx主要以NO的形式存在，NO排放到大气中后很容易和大气中的O2反应生成NO2，引发酸雨、光化学烟雾等污染现象，对人类的健康造成巨大的不良影响，同时也会对生态环境和工业设备、建筑等造成严重的损害。随着我国社会经济的快速发展，我国水泥的用量和产量都有大幅度的攀升。由于水泥的生产存在高温煅烧阶段，故需要大量的化石燃料提供能量，因此会排放大量的N0X。目前在我国，水泥生产已经成为继火力 发电、汽车尾气和工业锅炉之后第四大NOx排放源。根据水泥回转窑NOx的生成机理，控制其排放的主要手段包括低NOx燃烧技术和燃烧后脱硝技术，综合考虑控制技术成本和脱硝性能，选择性非催化还原(Selective Non-catalytic Reduction, SNCR)脱硝技术是最佳选择。SNCR脱硝技术主要应用于水泥回转窑的分解炉段，采用还原剂在850-1100°C的温度范围内将NOx还原为N2。水泥回转窑内CaO等粉尘对还原剂有催化氧化作用，从而影响了 SNCR脱硝性能。
发明内容
针对水泥回转窑内CaO等粉尘对还原剂有催化氧化作用，从而影响了 SNCR脱硝性能这一问题，结合水泥回转窑NOx的生成主要集中在水泥回转窑和分解炉这两部分的特点，本发明提出了一种适用于水泥回转窑的SNCR脱硝装置和方法，将还原剂用两级喷枪喷射，一级喷枪布置在水泥回转窑尾部或分解炉底部，温度满足95(T115(TC区间的要求，利用一级喷射区的高温环境加快SNCR气相脱硝反应速度，从而抑制了 CaO等粉尘对还原剂的催化氧化作用，通过一级喷枪的还原剂喷射，有效减少了水泥回转窑区域生成的NOx ;二级喷枪布置在分解炉燃烧区之后(按烟气流向计)，温度满足80(Tl05(rC区间的要求，利用二级喷枪的还原剂喷射，将分解炉燃烧区生成的NOx和水泥回转窑烟气中未被脱除的NOx脱除。本发明的一种用于水泥回转窑的还原剂多级喷射选择性非催化还原脱硝装置结构如下所述的用于水泥回转窑的还原剂多级喷射选择性非催化还原脱硝装置包括还原剂制备和存储系统、还原剂输运系统、还原剂喷射系统和控制系统；所述的还原剂制备和存储系统包括还原剂贮存罐和还原剂溶解罐，二者通过管路直接相连；所述的还原剂输运系统包括输送泵和输送管路，输送泵一端和还原剂溶解罐通过管路相连，另一端由输送管路通过调节阀和加压泵相连；所述的还原剂喷射系统包括一个加压泵、一个一级喷枪和一个二级喷枪；所述的控制系统包括两个流量计和两个流量计控制器，一个流量计的一端通过管路和加压泵相连，另一端通过管路和一级喷枪相连，另一个流量计的一端通过管路和加压泵相连，另一端通过管路和二级喷枪相连；每个流量计控制器和一个流量计相连；根据具体水泥生产线的温度分布，确定一级喷枪和二级喷枪的位置一级喷枪布置在水泥回转窑尾部或分解炉底部，温度满足95(T115(TC区间的要求；二级喷枪布置在分解炉燃烧区之后(按烟气流向计)，温度满足80(T105(TC区间的要求；每级喷枪均布置一层或多层，每层采用3-6只喷枪沿截面周向均匀布置；一级喷枪和二级喷枪共用还原剂制备和存储系统，每级喷枪的还原剂流量由流量计单独计量，并通过流量计控制器分别控制；分别在一级喷枪和二级喷枪的下游10-20m的位置安装NOx在线检测仪表，在线测量每级喷枪后NOx的净化情况；一种利用上述装置进行水泥回转窑的还原剂多级喷射选择性非催化还原脱硝的方法，其特征如下 使用的还原剂为氨、尿素或碱性工业废液；通过一级喷枪喷射的还原剂中氮元素的物质的量与分解炉烟气中氮氧化物的物质的量的比例范围为O. 5^1. 5 ;通过二级喷枪喷射的还原剂中氮元素的物质的量与分解炉烟气中氮氧化物的物质的量的比例为O. 7-1. 8 ；根据测得的NOx浓度值，确定还原剂中氮元素的物质的量与分解炉烟气中氮氧化物的物质的量的比例，计算一级喷枪和二级喷枪的还原剂喷量，并实时调节一级喷枪和二级喷枪还原剂的流量。本发明的有益效果为I、采用SNCR脱硝装置控制水泥回转窑的NOx排放，更适合水泥回转窑的烟气特点，与其他脱硝技术相比，具有高效、低成本的优势，满足日益严格的排放标准的要求；2、还原剂喷射采用两级喷射系统，有效抑制了 CaO等粉尘催化氧化还原剂反应对SNCR脱硝性能的负面影响，提高了整体装置的脱硝性能；两级喷射系统分别计量和控制还原剂喷射量，操作简单，控制灵活；3、本发明提供的装置不受水泥生产工艺的限制，对水泥的质量也没有影响。
图I是本发明的装置在水泥回转窑上的布置位置图；图2是采用尿素为还原剂的用于水泥回转窑的还原剂多级喷射SNCR脱硝装置图；图3是采用氨水为还原剂的用于水泥回转窑的还原剂多级喷射SNCR脱硝装置图。图中的标号分别是I、水泥回转窑；2、水泥回转窑尾部；3、一级喷枪；4、分解炉；5、二级喷枪；6、还原剂贮存罐；7、还原剂溶解罐；8、调节阀；9、加压泵；11、第一个流量计；12、第一个流量计控制器；13、NOx在线检测仪表；14、输送泵；15、第二个流量计；16、第二个流量计控制器
具体实施例方式下面结合附图和具体的实施例对本发明做进一步说明如图I、图2和图3所示，本发明所述的用于水泥回转窑的SNCR脱硝装置和方法如下
还原剂制备和存储系统包括还原剂贮存罐6和还原剂溶解罐7，二者通过管路直接相连；还原剂输运系统包括输送泵14和输送管路，输送泵14的一端和还原剂溶解罐7通过管路相连，另一端由输送管路通过调节阀8和加压泵9相连；还原剂喷射系统包括加压泵9、一级喷枪3和二级喷枪5 ;控制系统包括第一个流量计11、第二个流量计15、第一个流量计控制器12和第二个流量计控制器16 ;第一个流量计11的一端通过管路和加压泵9相连，另一端通过管路和一级喷枪3相连；第一个流量计控制器12和第一个流量计11相连；第二个流量计15的一端通过管路和加压泵9相连，另一端通过管路和二级喷枪5相连；第二个流量计控制器16和第二个流量计15相连；根据具体水泥生产线的温度分布，确定一级喷枪3和二级喷枪5的位置一级喷枪3布置在水泥回转窑尾部2或分解炉4底部，温度满足95(Tll50°C区间的要求；二级喷枪5布置在分解炉燃烧区之后(按烟气流向计)，温度满足80(T105(TC区间的要求；每级喷枪均布置一层或多层，每层采用3-6只喷枪沿截面周向均匀布置；
一级喷枪3和二级喷枪5共用还原剂制备和存储系统；一级喷枪3的还原剂流量由第一个流量计11计量，并通过第一个流量计控制器12控制；二级喷枪5的还原剂流量由第二个流量计15计量，并通过第二个流量计控制器16控制；在一级喷枪3的下游10-20m的位置安装第一个NOx在线检测仪表13，在二级喷枪5的下游10-20m的位置安装第二个NOx在线检测仪表17，在线测量每级喷枪后NOx的净化情况；根据测得的NOx浓度值，确定还原剂中氮元素的物质的量与分解炉烟气中氮氧化物的物质的量的比例，计算一级喷枪和二级喷枪的还原剂喷量，并实时调节一级喷枪和二级喷枪还原剂的流量；可选用的还原剂包括氨、尿素、碱性工业废液等；通过一级喷枪喷射的还原剂中氮元素的物质的量与分解炉烟气中氮氧化物的物质的量的比例范围为O. 5^1. 5 ;通过二级喷枪喷射的还原剂中氮元素的物质的量与分解炉烟气中氮氧化物的物质的量的比例为
O.7-1. 8。实施例I :使用的还原剂为尿素，氨氮比为I. O。一级喷枪3安装于水泥回转窑尾部2的位置，温度为1100°C ;喷射尿素前经NOx在线检测仪表13检测发现烟气中的NOx浓度为1000mg/Nm3,喷射尿素后经NOx在线检测仪表13检测发现烟气中的NOx浓度变为210mg/Nm3，经过一级喷枪3喷射尿素处理后的实际脱硝效率为79% ;二级喷枪5置于分解炉4底部温度为1000°C左右的位置，喷射尿素前经NOx在线检测仪表13检测发现烟气中的NOx浓度为650mg/Nm3,喷射尿素后经NOx在线检测仪表13检测发现烟气中NOx浓度变为200 mg/Nm3,经过二级喷枪5喷射尿素处理后的实际脱硝效率为69. 2%，分解炉4出口检测到的氨泄漏小于 5ppm ；尿素晶体首先由贮存罐6进入溶解罐7，在溶解罐7中溶解成尿素溶液，经输送泵14输送并经调节阀8调节流量，经过具有沿程加热保温功能的输送管道进入加压泵9，加压后的尿素溶液一部分经一级喷枪3喷射到回转窑尾部2，一部分经二级喷枪5喷射到分解炉4底部的相应位置；每级喷射系统所需的尿素溶液的流量由流量计控制器12计量，并通过流量计11控制。实施例2
使用的还原剂为氨水，氨氮比为I. O。一级喷枪3安装于水泥回转窑尾部2的位置，温度为1050°C，喷射氨水前经NOx在线检测仪表13检测发现烟气中的NOx浓度为1210mg/Nm3,喷射氨水后经NOx在线检测仪表13检测发现烟气中NOx浓度变为320mg/Nm3，经过一级喷枪3喷射氨水处理后的实际脱硝效率为74% ;二级喷枪5置于分解炉4底部温度为900^950 0C的位置，喷射氨水前经NOx在线检测仪表13检测发现烟气中的NOx浓度为750mg/Nm3,喷射氨水后经NOx在线检测仪表13检测发现烟气中NOx浓度变为265 mg/Nm3,经过二级喷枪5喷射尿素处理后的实际脱硝效率为65%，检测到的氨泄漏小于5 ppm ； 氨水首先由还原剂溶解罐7经输送泵14输送并经调节阀8调节流量，然后进入加压泵9，经加压泵9加压后一部分经一级喷枪3喷射到回转窑尾部2，一部分经二级喷枪5喷射到分解炉4底部的相应位置；每级喷射系统所需的氨水的流量由流量计控制器12计量，并通过流量计11控制。
权利要求
1.一种用于水泥回转窑的选择性非催化还原脱硝装置，其特征在于，所述的装置结构如下 所述的用于水泥回转窑的还原剂多级喷射选择性非催化还原脱硝装置包括还原剂制备和存储系统、还原剂输运系统、还原剂喷射系统和控制系统；所述的还原剂制备和存储系统包括还原剂贮存罐和还原剂溶解罐，二者通过管路直接相连；所述的还原剂输运系统包括输送泵和输送管路，输送泵一端和还原剂溶解罐通过管路相连，另一端由输送管路通过调节阀和加压泵相连；所述的还原剂喷射系统包括一个加压泵、一个一级喷枪和一个二级喷枪；所述的控制系统包括两个流量计和两个流量计控制器，一个流量计的一端通过管路和加压泵相连，另一端通过管路和一级喷枪相连，另一个流量计的一端通过管路和加压泵相连，另一端通过管路和二级喷枪相连；每个流量计控制器和一个流量计相连； 根据具体水泥生产线的温度分布，确定一级喷枪和二级喷枪的位置一级喷枪布置在水泥回转窑尾部或分解炉底部，温度满足95(T1150°C区间的要求；二级喷枪布置在分解炉燃烧区之后，温度满足80(Γ1050 区间的要求； 一级喷枪和二级喷枪共用还原剂制备和存储系统，每级喷枪的还原剂流量由流量计单独计量，并通过流量计控制器分别控制； 分别在一级喷枪和二级喷枪的下游10-20m的位置安装NOx在线检测仪表，在线测量每级喷枪后NOx的净化情况。
2.根据权利要求I所述的装置，其特征在于，所述的一级喷枪和二级喷枪均布置一层或多层，每层采用3-6只喷枪沿截面周向均匀布置。
3.一种利用权利要求I所述的装置进行水泥回转窑的选择性非催化还原脱硝的方法，其特征在于，使用的还原剂为氨、尿素或碱性工业废液；通过一级喷枪喷射的还原剂中氮元素的物质的量与分解炉烟气中氮氧化物的物质的量的比例范围为O. 5^1. 5 ;通过二级喷枪喷射的还原剂中氮元素的物质的量与分解炉烟气中氮氧化物的物质的量的比例为·O.7-1. 8 ;根据测得的NOx浓度值，确定还原剂中氮元素的物质的量与分解炉烟气中氮氧化物的物质的量的比例，计算一级喷枪和二级喷枪的还原剂喷量，并实时调节一级喷枪和二级喷枪还原剂的流量。
全文摘要
本发明公开了一种用于水泥回转窑的SNCR脱硝装置和方法，属于水泥回转窑污染物排放控制技术领域。所述的装置包括由还原剂贮存罐和还原剂溶解罐组成的还原剂制备和存储系统，由输送泵和输送管路组成的还原剂输运系统，由加压泵和两级喷枪组成的还原剂喷射系统，由两个流量计和两个流量计控制器组成的控制系统；还各有一个分别位于两级喷枪下游10-20m位置处的NOx在线检测仪表；所述的方法是使用上述的装置，以氨、尿素或碱性工业废液为还原剂，根据每级喷枪后NOx的净化情况，确定还原剂中氮元素的物质的量与分解炉烟气中氮氧化物的物质的量的比例，将还原剂喷射到分解炉中。本发明经济、环保、操作简单、控制灵活、脱硝性能高。
文档编号B01D53/79GK102806003SQ201210301178
公开日2012年12月5日 申请日期2012年8月22日 优先权日2012年8月22日
发明者宋蔷, 姚强, 付世龙 申请人:清华大学