日本某水泥廠應用選擇性非催化還原法降低NOx
摘要:國內已經進行了選擇性非催化還原法治理 NOx 有關的理論和實驗室研究 ,但未見工程應用的報道。本文介紹了國外某水泥廠采用選擇性非催化還原法降低 NOx 排放的應用實例。該工廠使用尿素作為還原劑 ,向分解爐內連續(xù)加入 ,有效地降低了廢氣中的 NOx 排放。介紹了選擇性非催化還原法降低 NOx 排放設備的工藝流程、 設備規(guī)格及運行參數。該廠應用結果表明 ,在一定范圍內 ,隨著尿素添加量的增加 ,NOx 的排放量呈線性減少;增加尿素添加量 ,可以將 NOx 的排放量減少到一個很低的水平。
關鍵詞:選擇性,非催化,降低 NOx ,尿素, 排放量,應用實例
選擇性非催化還原法(SNCR)是目前 NOx 治理中具有發(fā)展前景的技術之一。國內已進行了有關的理論和實驗室研究,但未見工程應用的報道。水泥生產中排放的NOx是水泥廠的主要大氣污染物之一 ,對此已經引起水泥行業(yè)的高度重視。多年來水泥行業(yè)一直致力于采用各種方法降低 NOx 排放 ,文獻報道了 SNCR 降低NOx 排放在國外的應用。筆者在日本某水泥廠(以下簡稱 K 工廠) 考察期間 ,詳細了解了該廠SNCR降低 NOx 排放的實際應用情況。K工廠使用尿素作為還原劑 ,向分解爐內連續(xù)加入 ,有效地降低了廢氣中的 NOx 排放。應用結果表明 ,在一定范圍內 ,隨著尿素添加量的增加 ,NOx 的排放量呈線性減少;增加尿素添加量 ,可以將 NOx 的排放量減少到一個很低的水平。
K工廠有 SP窯和NSP窯共3 臺 ,這里介紹了安裝于一臺NSP窯(7# 窯 ,DD 型分解爐 ,產量4200t/d)上的SNCR降低NOx設備。
水泥生產熱工設備簡介
窯外分解技術是目前先進和主流的水泥生產工藝 ,典型的窯外分解技術的熱工設備包括窯、分解爐和預熱器。煤粉和助燃空氣由噴煤嘴噴出在窯內燃燒 ,火焰溫度約 1800 ℃,窯內煙氣溫度約1600 ℃,窯內煅燒產品溫度約 1450 ℃,尿素添加噴嘴處位于窯和分解爐之間 ,溫度約 1000 ℃。
工藝流程
K工廠尿素添加的工藝流程見圖 2。
在溶解罐中將固體尿素用水溶解為濃度為20 %(W/ W)的水溶液 ,經過過濾由輸送泵送入儲存罐 ,儲存罐中的尿素溶液經再次過濾后進入添加泵 ,出添加泵的溶液經過濾后進入流量調節(jié)閥和流量計 ,經計量的溶液進入噴嘴 ,在噴嘴內與壓縮空氣混合 ,霧化后噴入分解爐內。噴嘴位置在分解爐中部(位置見圖 2) ,有兩個噴嘴。主要設備規(guī)格參數見表 2 ,主要設備的運行工藝參數見表 3。
設備運行狀況
在采取 SNCR和降低 NOx 的措施之前 , K工廠已經采取了如下的措施:
(1)采用能夠抑制 NOx 生成的 3 通道火嘴;
(2)降低窯尾廢氣的氧氣含量;
(3)降低火嘴火焰的最高溫度。
使 NOx 的排放有了一定幅度的降低。盡管如此 ,依然達不到日本國家標準的規(guī)定。所以 K工廠進一步采取了添加尿素的二次措施。2003 年8月日本政府環(huán)境監(jiān)測部門對 K工廠3條窯的廢氣NO濃度進行了測量 ,結果見表5。
K工廠的的尿素添加設備安裝運行 10a 來 ,運轉情況良好 ,極少出現故障。
單項關鍵技術問題
1 噴嘴位置的確定
確定噴嘴位置主要考慮設備內部的氣體溫度 ,尿素還原 NOx 反應的適宜溫度為 950 ℃~1050 ℃,K工廠的噴嘴位于分解爐的中部(如圖 1所示) ,此處內部氣體溫度約 1000 ℃。
2 尿素溶液的霧化要求
尿素還原 NOx 反應的適宜溫度為 950 ℃~1050 ℃,由于下述原因: ①分解爐內存在明顯的向下的溫度梯度; ② 分解爐內氣體高速流動。
要求尿素與 NOx 必須在很短的時間內完成反應 ,否則尿素就會流動到較低的溫度區(qū)域 ,明顯降低尿素還原 NOx 的反應程度。為了使尿素與NOx 的反應在很短的時間內完成 ,必須對尿素溶液進行良好的霧化。對尿素溶液進行良好的霧化 ,必須選擇噴嘴的結構和噴嘴處的液體、氣體壓力和流量。
3 噴嘴處的液體、氣體的壓力和流量
噴嘴處的液體壓力 0.4 MPa , 液體流量110kL/ h。噴嘴處的氣體壓力 0.3 MPa ,氣體流量120 Nm3/h。
4 噴嘴的結構
噴嘴的質量是尿素添加設備的技術關鍵,噴嘴的結構設計應該首先保證使尿素溶液具有良好的霧化效果,其次應考慮噴嘴本身處于高溫部位,應具有良好的耐熱性能,不易燒損。噴嘴的結構見圖5。
5 噴嘴的制作參數
噴嘴的制作參數為:最大空氣壓力:0.4MPa ;尿素溶液最大壓力: 0.4MPa ; 最大空氣流量:120Nm3/h ;尿素溶液流量: 0.42~4.2m3/h ;氣水體積比:28.6 ;噴射角度:60° 。
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