摘要:國內(nèi)已經(jīng)進(jìn)行了選擇性非催化還原法治理 NOx 有關(guān)的理論和實(shí)驗(yàn)室研究 ,但未見工程應(yīng)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(yīng)用實(shí)例。該工廠使用尿素作為還原劑 ,向分解爐內(nèi)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(shè)備的工藝流程、 設(shè)備規(guī)格及運(yùn)行參數(shù)。該廠應(yīng)用結(jié)果表明 ,在一定范圍內(nèi) ,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(guān)鍵詞:選擇性,非催化,降低 NOx ,尿素, 排放量,應(yīng)用實(shí)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(shù)之一。國內(nèi)已進(jìn)行了有關(guān)的理論和實(shí)驗(yàn)室研究,但未見工程應(yīng)用的報道。水泥生產(chǎn)中排放的NOx是水泥廠的主要大氣污染物之一 ,對此已經(jīng)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(xiàn)報道了 SNCR 降低NOx 排放在國外的應(yīng)用。筆者在日本某水泥廠(以下簡稱 K 工廠) 考察期間 ,詳細(xì)了解了該廠SNCR降低 NOx 排放的實(shí)際應(yīng)用情況。K工廠使用尿素作為還原劑 ,向分解爐內(nèi)連續(xù)加入 ,有效地降低了廢氣中的 NOx 排放。應(yīng)用結(jié)果表明 ,在一定范圍內(nèi) ,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(chǎn)量4200t/d)上的SNCR降低NOx設(shè)備。

水泥生產(chǎn)熱工設(shè)備簡介

窯外分解技術(shù)是目前先進(jìn)和主流的水泥生產(chǎn)工藝 ,典型的窯外分解技術(shù)的熱工設(shè)備包括窯、分解爐和預(yù)熱器。煤粉和助燃空氣由噴煤嘴噴出在窯內(nèi)燃燒 ,火焰溫度約 1800 ℃,窯內(nèi)煙氣溫度約1600 ℃,窯內(nèi)煅燒產(chǎn)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(jīng)過過濾由輸送泵送入儲存罐 ,儲存罐中的尿素溶液經(jīng)再次過濾后進(jìn)入添加泵 ,出添加泵的溶液經(jīng)過濾后進(jìn)入流量調(diào)節(jié)閥和流量計 ,經(jīng)計量的溶液進(jìn)入噴嘴 ,在噴嘴內(nèi)與壓縮空氣混合 ,霧化后噴入分解爐內(nèi)。噴嘴位置在分解爐中部(位置見圖 2) ,有兩個噴嘴。主要設(shè)備規(guī)格參數(shù)見表 2 ,主要設(shè)備的運(yùn)行工藝參數(shù)見表 3。

設(shè)備運(yùn)行狀況

在采取 SNCR和降低 NOx 的措施之前 , K工廠已經(jīng)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(dá)不到日本國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。所以 K工廠進(jìn)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(jìn)行了測量 ,結(jié)果見表5。

K工廠的的尿素添加設(shè)備安裝運(yùn)行 10a 來 ,運(yùn)轉(zhuǎn)情況良好 ,極少出現(xiàn)故障。

單項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)問題

1 　 噴嘴位置的確定

確定噴嘴位置主要考慮設(shè)備內(nèi)部的氣體溫度 ,尿素還原 NOx 反應(yīng)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(nèi)部氣體溫度約 1000 ℃。

2 　 尿素溶液的霧化要求

尿素還原 NOx 反應(yīng)的適宜溫度為 950 ℃～1050 ℃,由于下述原因: ①分解爐內(nèi)存在明顯的向下的溫度梯度; ② 分解爐內(nèi)氣體高速流動。

要求尿素與 NOx 必須在很短的時間內(nèi)完成反應(yīng) ,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(yīng)程度。為了使尿素與NOx 的反應(yīng)在很短的時間內(nèi)完成 ,必須對尿素溶液進(jìn)行良好的霧化。對尿素溶液進(jìn)行良好的霧化 ,必須選擇噴嘴的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)

噴嘴的質(zhì)量是尿素添加設(shè)備的技術(shù)關(guān)鍵,噴嘴的結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)該首先保證使尿素溶液具有良好的霧化效果,其次應(yīng)考慮噴嘴本身處于高溫部位,應(yīng)具有良好的耐熱性能,不易燒損。噴嘴的結(jié)構(gòu)見圖5。

5 　 噴嘴的制作參數(shù)

噴嘴的制作參數(shù)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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