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专题   工业锅炉脱硫脱销
 
选择性非催化还原法烟气脱硝工业试验方案研究
来源: 化工环保 加入收藏
特别推荐:《工业锅炉》征订 2014/2/19 15:47:01
 
 

水泥工业是继电力、机动车之后的第三大氮氧化物排放源。按照国家“十二五”规划要求,我国氮氧化物排放量将在“十二五”时期下降10%。我国工业和信息化部于2010年l 1月16日发布第127号公告,其中关于水泥行业准人条件的第五项“环境保护”中明确规定:新建或改扩建水泥(熟料)生产线项目须配置NOx去除率不低于60%的烟气脱硝装置。在《水泥工业大气污染物排放标准》征求意见稿中,将N0x排放标准南现行的800 mg/m3降至20 mg/m3。 因此,水泥工业脱硝工作形势非常紧迫。目前水泥行业对NOx进行控制的方法主要是在燃烧过程中采用低N0x燃烧器、在窑尾分解炉和管道中进行分级燃烧,燃烧后采用选择性非催化还原(SNCR)法对烟气进行脱硝。其中,分级燃烧法在水泥行业已有成熟经验,而SNCR法烟气脱硝工艺的设计与应用还存在不少问题,因而有必要进行工业性试验,以掌握水泥窑SNCR脱硝技术及工艺参数。

本工作以氨水作为还原剂,在日产5 kt的新型干法水泥生产线分解炉上进行SNCR脱硝工艺的工业性试验研究,取得了较好的效果。

1、试验部分

1.1 SNCR脱硝技术原理

SNCR脱硝技术是在无催化剂存在的条件下,在合适温度区域加入还原剂,还原剂只与NOx发生反应,将NOx转化成无害的N2和H2O。在水泥窑SNCR脱硝工艺中,液态氨和氨水均可作为还原剂,本试验以氨水作为还原剂。喷氨后在分解炉内可发生的化学反应见式(1)~式(4) 。

分解炉烟气中的氮氧化物主要为NO,质量分数为95%,NO2质量分数仅为5%,氧质量分数大于3%。因此在水泥分解炉中主要进行反应(1)。

1.2 水泥窑SNCR脱硝工艺流程

某水泥生产厂现有日产5 kt新型干法水泥生产线一条,采用回转窑一分解炉生产工艺。分解炉直径为7.20 m。该水泥窑已成功进行了分级燃烧脱硝技术改造,各负荷下的NOx排放质量浓度低于780mg/m3,烟气流量为(3.75~4.55)×105m3/h。水泥窑SNCR脱硝工艺流程见图1。

将氨水通过混合制备系统稀释成稀氨水,经泵及管道输送至分配调节系统,对各支路的氨水流量进行分配调节后进人喷氨系统。喷氨系统负责将稀释完毕的氨水雾化后喷入分解炉, 在炉内不同高度上设置若干喷射层,每一喷射层均包括氨水溶液、压缩空气两路管道以及若干支喷枪。喷枪采用双流体设计。分解炉中初始NOx质量浓度为721mg/m3。SNCR脱硝系统设置PLC控制系统及烟气在线检测系统,PLC控制系统可根据烟气中NOx的监测情况自动控制调节喷氨系统的喷氨量及压缩空气量,使脱硝系统可根据负荷变化自动调节工艺参数。

1.3 分析方法

采用烟气在线检测仪测定N 质量浓度;采用次氯酸钠一水杨酸分光光度法测定NH3质量浓度 。

2 、结果与讨论

2.1 喷入点温度对NO 去除率的影响

在氨水质量分数为13.0%、n(NH3):n(NOx)为1.2、雾化压力为0.35 MPa的条件下,喷人点温度对NOx去除率的影响见图2。由图2可见:当喷人点温度为853~911℃时,NOx去除率较高,大于60.0%:继续升高喷入点温度,NOx去除率有所降低;喷人点温度为894℃时,NOx去除率最高,为72.8%,剩余NOx质量浓度为196 mg/m3,低于《水泥工业大气污染物排放标准》征求意见稿中限定的NOx质量浓度。这是由于,当喷入点温度过低时,脱硝反应速率降低,导致NO 去除率降低;当喷人点温度过高时,氨水本身被氧化成N0x,从而增加了NOx的排放,使NOx去除率下降。

2.2 n(NH3):n(NOx)对NOx去除率的影响

在氨水质量分数为13.0%、喷人点温度为894℃、雾化压力为0.35 MPa的条件下,n(NH ):n(NOx)对NOx去除率的影响见图3。由图3可见,随即(NH3): (NOx)的增加,NO 去除率逐渐增加。这是因为随n(NH3):n(NOx)的增加,有更多的还原NNH3可以与NO反应,NOx去除率增加;继续增加n(NH ):n(NOx),N0x去除率增加缓慢,这是因为烟气中大部分NO已被还原,反应物NO浓度降低,反应速率变慢。因此,综合考虑经济因素,试验选择n(NH3):n(N0x)为1.2。

2.3 n(NH3):n(NOx)对剩余NH3质量浓度的影响

n(NH3):n(NOx)对剩余NH3质量浓度的影响见图4。由图4可见,当n(NH,):n(NOx)小于1.2时,剩余NH3质量浓度小于0.9 mg/m3,远低于《水泥工业大气污染物排放标准》征求意见稿中限定的NH 质量浓度(8.0 mg/m3);继续增加n(NH3):n(NOx),剩余NH3质量浓度迅速增加;当 n(NH3):n(NOx)为1.6时,剩余NH 质量浓度超过8.0 mg/m3。这是因为作为还原剂的氨水过量较多时,会有大量NH 未参与反应而随烟气外排,导致剩余NH3质量浓度超标。

2.4 雾化压力对NOx去除率的影响

在氨水质量分数为13.0%、喷人点温度为894℃、n(NH3):n(NOx)为1.2的条件下,雾化压力对NOx去除率的影响见图5。

由图5可见,雾化压力为0.35 MPa时,NOx去除率最大。这是因为雾化压力的大小会影响喷射出的氨水液珠的粒径及喷射速率。当雾化压力偏小时,氨水液珠的粒径偏大、比表面积偏小,反应活性降低;喷射速率偏小时,氨水在分解炉内的穿透力不够、与烟气接触不充分,影响脱硝效果。当雾化压力过大时,会造成氨水断流,N0x去除率下降。

2.5 氨水质量分数对NOx去除率的影响

在喷入点温度为894℃、,n(NH ):n(NOx)为1.2、雾化压力为0.35 MPa的条件下,氨水质量分数对N0x去除率的影响见图6。由图6可见,随氨水质量分数的增加,NO 去除率略有下降。这是因为在n(NH ):n(NOx)一定的条件下,氨水质量分数越低则需喷入的氨水体积越大,同时雾化的空气量也越多,氨水的雾滴直径变小、比表面积增大,增加了氨的反应活性,使反应充分进行,NOx去除率上升。但是水泥生产工艺对分解炉温度有严格要求,喷入的氨水浓度不能过低,否则会导致分解炉内温度下降,影响水泥产品质量。因此试验选择氨水质量分数为13.0%。

2.6 氨水与烟气的混合程度对脱硝效率的影响

氨水与烟气的充分、均匀混合是保证高NOx去除率的又一技术关键。在氨水质量分数为13.O%、喷入点温度为894℃、n(NH3):n(NOx)为1.2、雾化压力为0.35 MPa的条件下,分别采用炉壁喷入和炉壁炉内同时喷人两种方式喷入氨水,喷枪运行方式对N0x去除率的影响见图7。由图7可见,当喷枪采用炉壁炉内同时喷入的运行方式时,NOx去除率明显提高。这是因为分解炉的直径较大,采用炉壁炉内同时喷人的运行方式可以使氨水与烟气接触得更加充分、均匀。因此,在水泥窑SNCR脱硝工艺运行时,应根据不同炉型的结构特点,合理布置喷射点位,调整喷枪运行方式,以实现氨水与烟气的充分、均匀混合。

3、结论

a)以氨水作为还原剂,在日产5 kt的新型干法水泥生产线分解炉上进行SNCR脱硝工艺的工业性试验研究。采用炉壁炉内同时喷人的方式向分解炉中喷入氨水,有利于N0 去除率的提高。

b)在氨水质量分数为1 3.0%、喷人点温度为894℃、n(NH ):n(NOx)为1.2、雾化压力为0.35MPa的条件下,NOx去除率最高,为72.8%,剩余NOx质量浓度为1 96 mg/m3,剩余NH3质量浓度小于0.9 mg/m3,远低于《水泥工业大气污染物排放标准》征求意见稿中限定的NOx~INH3质量浓度。

 
 
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