(沈陽工學(xué)院,遼寧 沈陽 110005)
水泥工業(yè)NOx控制技術(shù)的應(yīng)用
吳 敬
(沈陽工學(xué)院,遼寧 沈陽 110005)
針對水泥工業(yè)NOx嚴(yán)重污染問題,論述了應(yīng)用抑制NOx產(chǎn)生和控制煙氣NOx排放量的技術(shù),并舉例進行說明。
NOx;污染;技術(shù);根治
水泥工業(yè)是繼電力和機動車之后的NOx第三大排放源,排放量約占工業(yè)系統(tǒng)總排放量的10%。水泥工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的NOx可分為熱力型和燃料型。熱力型NOx在1 400℃以上高溫及過量氧氣等氣氛的回轉(zhuǎn)窯中生成,使窯內(nèi)空氣中的N2被氧化為NOx;燃料型NOx是在溫度低于1 200℃的分解爐或預(yù)熱器中生成,由燃料中含氮化合物被氧化形成。
水泥生產(chǎn)排放廢氣中的NOx氣體含NO和NO2, NO占NOx氣體90%,而NOx其毒性是NO的5倍。大量排放的NOx化合物會酸化土壤,影響農(nóng)作物生長。NOx會使大氣產(chǎn)生光化學(xué)煙霧現(xiàn)象,破壞臭氧層,從而降低大氣中O2的濃度。
水泥工業(yè)NOx控制分燃燒過程控制和燃燒后煙氣排放控制。
燃燒過程控制主要技術(shù)是分級燃燒技術(shù)。燃燒后煙氣排放控制較成熟的技術(shù)是選擇性非催化劑還原控制技術(shù)(簡稱SNCR技術(shù))。
分級燃燒技術(shù)包括空氣分級燃燒和燃料分級燃燒??諝夥旨壢紵笇⑷紵杩諝饬糠殖蓛杉壦腿?,使第一級燃燒區(qū)內(nèi)過剩空氣系數(shù)α在0.8左右,燃料先在缺氧的富燃料條件下燃燒,使得燃燒速度和溫度降低,且燃燒生成的CO與NO進行還原反應(yīng),將燃燒后空氣的剩余部分送入二級燃燒區(qū),保證燃料的完全燃燒。
燃料分級燃燒指在預(yù)熱器煙室和分解爐之間建立還原燃燒區(qū),將原分解爐用燃料的一部分均布到該區(qū)域內(nèi),使其缺氧燃燒,以產(chǎn)生CO、CH4、H2、HCN和固體炭還原劑,這些還原劑與窯尾煙氣中的NOx發(fā)生反應(yīng),將NOx還原成N2等氣體。
SNCR技術(shù)不使用催化劑,而是在水泥生產(chǎn)線預(yù)熱器分解爐的適當(dāng)位置噴入氨基還原劑,將廢氣中的NOx還原成N2的一種控制技術(shù)。還原劑主要是氨水,濃度20%,經(jīng)過高性能的雙流噴槍霧化后,噴入分解爐出口煙氣溫度為850~1 050℃的煙道中,使還原劑與煙道充分混合發(fā)生反應(yīng),將煙氣中的NOx還原成無毒的N2,主要反應(yīng)方程如下:
1.分級燃燒技術(shù)應(yīng)用
海螺集團某水泥公司5 000t/d水泥熟料生產(chǎn)線,應(yīng)用分級燃燒技術(shù),控制NOx的產(chǎn)生排放,取得較明顯效果。
(1)改造原理
應(yīng)用分級燃燒技術(shù),對原生產(chǎn)線分解爐進行改造,將燃料分級加入,在分解爐錐部形成還原區(qū),還原窯內(nèi)產(chǎn)生的熱力型NOx,抑制燃料型NOx的產(chǎn)生。
(2)改造方案
①在原三次風(fēng)管上引出一旁路,將一部分三次風(fēng)引入分解爐上部,在分解爐錐部創(chuàng)造一個缺氧環(huán)境,使得煤粉在缺氧條件下燃燒,利于錐部生成還原氣氛。
②在分解爐上將煤粉分上下兩層喂入,增加燃燒空間,在分解爐錐部設(shè)計還原區(qū)。適當(dāng)增加下層煤粉喂入比例,保證缺氧燃燒,產(chǎn)生還原氣氛,還原窯尾煙氣中大量的NOx。
③減少分解爐錐部截面尺寸,以滿足流場需求。
通過上述改造,在操作上控制通風(fēng)和喂煤量,使NOx的排放量下降達30%。
2.SNCR技術(shù)應(yīng)用
浙江上峰集團某水泥公司2 500t/d水泥熟料生產(chǎn)線,應(yīng)用SNCR技術(shù),控制生產(chǎn)線廢氣NOx排放,取得較好效果。
整個NOx減排系統(tǒng)主要由氨水卸載儲存、氨水輸送、計量分配、噴射和控制等五大系統(tǒng)組成。
氨水通過卸氨泵送到氨水儲罐中,儲罐頂部有軟管同氨水運輸槽車頂部出口相連,將卸載過程中產(chǎn)生的氨氣返回至槽車釋放,形成安全回路,避免氨氣污染。
氨罐區(qū)及計量分配區(qū)設(shè)置有氨氣泄漏檢測儀,核心儀表CEMS及氨表采用西門子產(chǎn)品,氨水的在線調(diào)節(jié)采用西門子的PLC。
根據(jù)對分解爐后段不同部位煙氣溫度測試,確定噴槍布置位置,正常溫度范圍在850~1 029℃,設(shè)置5~8個高壓雙流霧化專用噴槍。通過系統(tǒng)對NOx排放量的信息反饋,調(diào)節(jié)氨水的噴射量。
應(yīng)用SNCR技術(shù),該生產(chǎn)線廢氣排放NOx的排放量平均由原720mg/m3,下降到平均250mg/m3,減排效率在50%~70%之間。
[1] 徐恒峰等.新型干法水泥窯爐脫硝技術(shù)應(yīng)用與探討[J].水泥工程,2012(3).
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