日本某水泥厂应用选择性非催化还原法降低NOx
摘要:国内已经进行了选择性非催化还原法治理 NOx 有关的理论和实验室研究 ,但未见工程应用的报道。本文介绍了国外某水泥厂采用选择性非催化还原法降低 NOx 排放的应用实例。该工厂使用尿素作为还原剂 ,向分解炉内连续加入 ,有效地降低了废气中的 NOx 排放。介绍了选择性非催化还原法降低 NOx 排放设备的工艺流程、 设备规格及运行参数。该厂应用结果表明 ,在一定范围内 ,随着尿素添加量的增加 ,NOx 的排放量呈线性减少;增加尿素添加量 ,可以将 NOx 的排放量减少到一个很低的水平。
关键词:选择性,非催化,降低 NOx ,尿素, 排放量,应用实例
选择性非催化还原法(SNCR)是目前 NOx 治理中具有发展前景的技术之一。国内已进行了有关的理论和实验室研究,但未见工程应用的报道。水泥生产中排放的NOx是水泥厂的主要大气污染物之一 ,对此已经引起水泥行业的高度重视。多年来水泥行业一直致力于采用各种方法降低 NOx 排放 ,文献报道了 SNCR 降低NOx 排放在国外的应用。笔者在日本某水泥厂(以下简称 K 工厂) 考察期间 ,详细了解了该厂SNCR降低 NOx 排放的实际应用情况。K工厂使用尿素作为还原剂 ,向分解炉内连续加入 ,有效地降低了废气中的 NOx 排放。应用结果表明 ,在一定范围内 ,随着尿素添加量的增加 ,NOx 的排放量呈线性减少;增加尿素添加量 ,可以将 NOx 的排放量减少到一个很低的水平。
K工厂有 SP窑和NSP窑共3 台 ,这里介绍了安装于一台NSP窑(7# 窑 ,DD 型分解炉 ,产量4200t/d)上的SNCR降低NOx设备。
水泥生产热工设备简介
窑外分解技术是目前先进和主流的水泥生产工艺 ,典型的窑外分解技术的热工设备包括窑、分解炉和预热器。煤粉和助燃空气由喷煤嘴喷出在窑内燃烧 ,火焰温度约 1800 ℃,窑内烟气温度约1600 ℃,窑内煅烧产品温度约 1450 ℃,尿素添加喷嘴处位于窑和分解炉之间 ,温度约 1000 ℃。
工艺流程
K工厂尿素添加的工艺流程见图 2。
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在溶解罐中将固体尿素用水溶解为浓度为20 %(W/ W)的水溶液 ,经过过滤由输送泵送入储存罐 ,储存罐中的尿素溶液经再次过滤后进入添加泵 ,出添加泵的溶液经过滤后进入流量调节阀和流量计 ,经计量的溶液进入喷嘴 ,在喷嘴内与压缩空气混合 ,雾化后喷入分解炉内。喷嘴位置在分解炉中部(位置见图 2) ,有两个喷嘴。主要设备规格参数见表 2 ,主要设备的运行工艺参数见表 3。
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设备运行状况
在采取 SNCR和降低 NOx 的措施之前 , K工厂已经采取了如下的措施:
(1)采用能够抑制 NOx 生成的 3 通道火嘴;
(2)降低窑尾废气的氧气含量;
(3)降低火嘴火焰的最高温度。
使 NOx 的排放有了一定幅度的降低。尽管如此 ,依然达不到日本国家标准的规定。所以 K工厂进一步采取了添加尿素的二次措施。2003 年8月日本政府环境监测部门对 K工厂3条窑的废气NO浓度进行了测量 ,结果见表5。
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K工厂的的尿素添加设备安装运行 10a 来 ,运转情况良好 ,极少出现故障。
单项关键技术问题
1 喷嘴位置的确定
确定喷嘴位置主要考虑设备内部的气体温度 ,尿素还原 NOx 反应的适宜温度为 950 ℃～1050 ℃,K工厂的喷嘴位于分解炉的中部(如图 1所示) ,此处内部气体温度约 1000 ℃。
2 尿素溶液的雾化要求
尿素还原 NOx 反应的适宜温度为 950 ℃～1050 ℃,由于下述原因: ①分解炉内存在明显的向下的温度梯度; ② 分解炉内气体高速流动。
要求尿素与 NOx 必须在很短的时间内完成反应 ,否则尿素就会流动到较低的温度区域 ,明显降低尿素还原 NOx 的反应程度。为了使尿素与NOx 的反应在很短的时间内完成 ,必须对尿素溶液进行良好的雾化。对尿素溶液进行良好的雾化 ,必须选择喷嘴的结构和喷嘴处的液体、气体压力和流量。
3 喷嘴处的液体、气体的压力和流量
喷嘴处的液体压力 0.4 MPa , 液体流量110kL/ h。喷嘴处的气体压力 0.3 MPa ,气体流量120 Nm3/h。
4 喷嘴的结构
喷嘴的质量是尿素添加设备的技术关键,喷嘴的结构设计应该首先保证使尿素溶液具有良好的雾化效果,其次应考虑喷嘴本身处于高温部位,应具有良好的耐热性能,不易烧损。喷嘴的结构见图5。
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5 喷嘴的制作参数
喷嘴的制作参数为:最大空气压力:0.4MPa ;尿素溶液最大压力: 0.4MPa ; 最大空气流量:120Nm3/h ;尿素溶液流量: 0.42～4.2m3/h ;气水体积比:28.6 ;喷射角度:60° 。
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