水泥窑炉烟气脱硝及袋除尘一体化技术研究与优化

水泥窑炉烟气脱硝及袋除尘一体化技术研究与优化

王新

阜康天山水泥有限责任公司

邮编：831500

摘要：为了降低水泥窑烟气中氮氧化物的排放浓度,中国大多数水泥企业正在采取一级和二级控制措施。主要措施是通过改变生产工艺或原料(燃料)来减少氮氧化物的产生,如低氮氧化物燃烧器,批量燃烧炉,工艺优化管理,添加矿化剂,更换燃料等。采取这些综合措施后,氮氧化物排放量可降低约20%～30%,相应的氮氧化物排放浓度可降低至600～700mg/nm3。次要措施是指最终处理措施,包括选择性催化还原(SNCR)、选择性催化还原(SCR)、选择性催化还原(SNCR+SCR)和其他烟气脱硝措施。

关键词：水泥窑炉；烟气脱硝；袋除尘一体化；技术研究与优化

引言

近年来,水泥行业在逐步淘汰产能方面落后,新的替代生产工艺已基本完成。在新的水泥干燥炉生产线上,水泥燃烧的重要设备是回转窑。由于高温烧结工艺,回转窑的氮氧化物排放量很高。为了从源头上实现对大气污染物的综合控制,必须根据现有水泥生产工艺的特点,引入新的氮氧化物控制技术,为污染物控制的实现提供可靠的保证。SCR与SNCR脱硝工艺相结合处理水泥窑中的氮氧化物时,应根据水泥窑的特点,主要分析水泥窑的氮氧化物总排放量、燃烧温度等相关数据,深入优化脱硝工艺路线,充分考虑水泥生产中水泥窑的节能和消耗。

1　水泥行业SCR脱硝工程应用情况统计

根据相关数据,截至2019年底,中国共有1,555条熟料生产线投入运营。在各类生产线中,2500吨/日以下的生产线有165条,占生产能力的3.74%;708条生产线,日产2500吨(含)至日产4000吨,产能31.42%。4000吨/日至10000吨/日的生产能力为670条生产线,占61.66%,10000吨/日的生产能力为12条生产线,占3.18%。到2021年底,干混凝土新品种将增至1594种。在过去的五年中,全国约有180条生产线通过脱水和超低SCR排放进行改造,其中SCR改造约占11.3%。

2水泥窑脱硝技术实施方案

中国新型干水泥转子通用氮氧化物脱除技术有:低氮燃烧;选择性催化还原(SNCR)低氮燃烧技术可以有效降低烟气中氮氧化物的浓度,但单一工艺很难达到100mg/Nm3。为了满足极低NOx排放的要求,除了传统的SNCR工艺外,添加SCR脱水技术是更好的选择。水泥窑SCR废气分离系统主要包括烟气系统、高温静电除尘器、SCR反应器系统、氨制备和储存系统(包括输送、注入和计量)、蒸汽喷射系统、压缩空气系统(制备和输送)、电气和热控制系统、灰分输送系统等。

2．1氨水储存系统还原剂

对于25%以下的氨浓度,氨电池具有水平结构,材料为304不锈钢。当氨记忆的内层通过时,氨进入氨记忆的中间空间。在氨记忆的中心设置了一个警报。在20%的氨浓度区有2个氨储罐,同时添加2个氨输送泵,主要用于将氨溶液输送到注射区,这2个泵相互预留。当氨发生故障时,氨输送泵可用作应急排水泵,氨排放主要取决于氨排水泵。在氨泵排放管道上安装回流装置,防止氨在排放过程中流回氨罐,减少操作环境的污染,提供良好的运行和运行环境。

2．2氨水计量分配系统

该系统是一个用于测量和分配氨消耗量的模块。安装整个螺旋模块。该模块配有气动调节阀、气动截止阀、流量计等。它用于自动控制和调节枪中氨的总流量。子系统控制系统可以控制每个氨射流的实际流量,以保证氨射流的均匀性。氨管配有自动控制仪器,如温度,压力开关,氨泄漏报警器。在线监控整个系统的安全运行,确保系统的安全运行。

2．3氨水喷射模块及在线监测系统

氨喷射模块使用壁枪将氨注入烟气中。雾化方法包括蒸汽、压缩空气和机械雾化。由于蒸汽雾化一般受蒸汽压力的波动影响,因此蒸汽雾化效果得不到很好的保证。喷枪采用压缩空气作为雾化介质,以保证雾化效果和稳定性。该系统可实现减速器和燃烧气体的完全混合。不同的催化剂选择技术路径对SCR水泥提出了要求,不同的技术路径由于粉尘浓度、环境温度等因素的影响,选择催化剂的能力和化学寿命特性不同,不同的技术路径在选择某些催化剂参数时也不同。

2．4吹灰系统

水泥窑排出的烟雾中含有大量的粉尘。根据烟尘的特性,为了保证催化剂表面没有灰尘,催化剂的单层脱硝系统需要适当的设备来吹灰。吹塑设备的布置和数量的选择,可以有效地解决催化剂堵塞问题,避免因催化剂粉尘积聚而导致催化剂化学寿命的缩短。吹风设备一般采用蒸汽吹风机和声波吹风机的组合。鼓风机由DCS集中控制。合理使用除尘器可以保证除尘系统可靠稳定运行,符合排放标准。气源条件、灰色特性和烟气特性各有其独特的特点,吹风机的数量、高度、喷嘴数量、喷嘴间距、喷嘴尺寸和结构应合理安排。目前,SCR水泥脱硝工业中使用的几乎所有催化剂都是纤维素催化剂。SCR催化剂是脱硝系统的核心。催化剂以TiO2为基础,其主要活性成分为金属氧化物,如V2O5和WO3(MoO3)。

在催化剂的选择设计中,必须根据水泥窑烟气中粉尘颗粒的体积小、粘度高来优化催化剂的选择,以保证整体脱硝效率。对催化剂选择的研究主要包括催化剂的类型、几何尺寸、孔径、风速、催化剂组成、单个催化剂的高度、催化剂安装层数等。优选使用11+13孔细胞催化剂,初始安装使用四层布置。

催化剂的化学寿命一般为2-3年,寿命确认。国家标准对催化剂的强度有要求,即轴向压缩强度≥2.0MPa,径向压缩强度≥0.4MPa,由于排水混凝土中粉尘浓度高,喷灰频率高,一般要求催化剂生产厂家提供比国家标准更好的产品,并采取表面硬化措施,以保证催化剂在使用寿命期间的耐磨性。

结语

SCR水泥行业净化四大技术路线各有优缺点,应根据项目现场的实际情况和业主的实际需要选择。SCR脱硝技术在水泥行业面临的主要挑战是如何经济有效地处理高浓度水泥粉尘引起的催化剂中毒和中毒效应;通过均匀的流场分布,提高SCR脱硝效率,减少氨消耗,控制氨泄漏,消除下游设备中氨泄漏的腐蚀问题。水泥行业的SCR脱硝技术推荐如下:

(1)合理选择预脱硝机。SCR水泥脱硝工程实施前,每条线路的粉尘浓度应根据处理后烟气中的粉尘浓度进行检测,必要时增加前过滤器,以降低除尘塔内的粉尘浓度。如果检测粉尘浓度≥60g/Nm3,建议使用高温静电过滤器作为除尘器,反应器内烟气的粉尘浓度可控制在20~30g/Nm3。(2)合理设置鼓风机运行参数。为了保证催化剂的长期运行,业内普遍采用鼓风机和鼓风机的组合,根据净化塔内的粉尘浓度,合理设计鼓风机的吹风频率和吹风周期,有效降低催化剂堵塞的风险,从而提高整个系统的净化效率。干燥机运行中合理设计吹气压力,在达到吹气效果的同时,可以避免对催化剂的损坏。(3)严禁安装旁路系统。SCR反硝化系统是一种环保设备。根据环保政策和超低排放指标的要求,如果建立旁路系统,未来将面临环境处罚和过度排放,特别是氨废气。随着多年来锅炉和脱硝技术的不断发展,本文介绍了实现尿素热解热源的锅炉燃气换热器,可以有效解决高能耗和高运行成本的尿素热解方案问题,对促进锅炉环保技术的发展具有深远意义。

参考文献

［1］叶茂，杨志忠．SCＲ烟气脱硝尿素热解用炉内气气换热器技术研究［J］．东方电气评论，2015(02)．

［2］王一东，仇云霞．大型机组炉内气气换热器热解尿素的工艺研究［J］．煤炭加工与综合利用，2017(02)．