專利名稱：一種水泥窯爐煙氣脫硝工藝及脫硝裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水泥窯爐排放污染物控制技術(shù)，尤其涉及一種在特定的條件下高效脫除氮氧化物的水泥窯爐煙氣脫硝工藝及脫硝裝置。
背景技術(shù)：
氮氧化物作為主要的大氣污染物之一，是繼二氧化硫之后國家嚴(yán)格控制排放的對象。目前我國氮氧化物排放的總量約為1624. 5萬噸，其中水泥窯爐排放大約160萬噸，占總排放量的十分之一左右?，F(xiàn)在應(yīng)用最廣泛的煙氣脫硝技術(shù)是SCR技術(shù)和SNCR技術(shù)，SCR 技術(shù)脫硝效率可達(dá)到95%以上，但是由于其投資大，系統(tǒng)復(fù)雜，催化劑壽命短，運(yùn)行成本高， 并不適用于低溫低硫的水泥窯爐。而SNCR技術(shù)雖然投資低，運(yùn)行成本少，系統(tǒng)簡單，適用范圍廣，但其致命的缺陷就是脫硝效率低，僅有30% _50%，遠(yuǎn)不能達(dá)到排放的標(biāo)準(zhǔn)。
目前只有專利號為201010130558. 3的中國發(fā)明專利申請涉及到SCR和SNCR聯(lián)合脫硝的方法。該專利申請利用5% 10%的尿素或氨水作為還原劑，噴入溫度為600°C 900°C的燃煤鍋爐煙氣通道，初步發(fā)生選擇性非催化反應(yīng)；之后煙氣流經(jīng)溫度為260°C 400°C的SCR反應(yīng)器，在催化劑表面發(fā)生選擇性催化還原反應(yīng)，可以使?jié)舛葹?50mg/m3、 400mg/m3的NO分別降低到35mg/m3、40mg/m3，同時(shí)氨的逃逸濃度控制在5ppm以下。上述專利申請雖然脫硝效率很高，但是其SCR脫硝段還屬于高溫段，只能適用于燃煤鍋爐，處理的氣體成分含有較多的SO2，會導(dǎo)致催化劑失活，縮短了催化劑的使用壽命，大大增加了運(yùn)行成本；此專利并不適用低溫的于水泥窯爐增濕塔或除塵系統(tǒng)之后的二次脫硝。發(fā)明內(nèi)容
對于技術(shù)背景存在的問題，本發(fā)明要解決的問題是提供一種用于水泥窯爐煙氣脫硝的工藝，以在特定的條件下高效脫除氮氧化物。
一種水泥窯爐煙氣脫硝工藝，包括以下步驟
(1)將還原劑噴入溫度為750°C 1100°C的水泥窯爐煙氣中混合，混合過程中還原劑與煙氣中的氮氧化物發(fā)生選擇性非催化還原反應(yīng)，使之大部分被還原為N2 ；所述的還原劑為液氨、氨水或者尿素中的一種或幾種。所述的還原劑的噴入速度優(yōu)選10m/s-20m/s。 所述的還原劑噴入量為還原劑中的NH3與煙氣中的NOx的摩爾比為1. 1 1 2.5 1。
(2)還原劑和未被還原的氮氧化物經(jīng)降溫、增濕、除塵后進(jìn)入SCR反應(yīng)器，在SCR催化劑的表面發(fā)生選擇性催化還原反應(yīng)；煙氣中的絕大部分氮氧化物被還原為隊(duì)，脫硝率可達(dá)到90%以上，同時(shí)氨逃逸率可控制在3ppm以下。所述的進(jìn)入SCR反應(yīng)器的煙氣溫度為 85°C 400"C。
所使用的催化劑為具有抗堿土堿金屬的中低溫高活性成分，其形狀為蜂窩狀，載體為二氧化鈦或者二氧化鈦與三氧化二鋁的有機(jī)結(jié)合，以催化劑總質(zhì)量為100%計(jì)，所述的 SCR催化劑的活性成分包括以下質(zhì)量百分比的組分
WO35 ~10%MoO31 ~5%V2O5ο-3%ZrO2ι ~3%MnO21 ~5%Ce2O30~4%,
余量為載體。
一種用于實(shí)現(xiàn)上述水泥窯爐煙氣脫硝工藝的脫硝裝置，包括水泥分解窯、余熱鍋爐、增濕塔、除塵器和SCR反應(yīng)器，所述的水泥分解窯、余熱鍋爐、增濕塔、除塵系統(tǒng)依次連接，所述的SCR反應(yīng)器安裝在增濕塔或除塵系統(tǒng)之后，所述的水泥分解窯的尾部煙道設(shè)有還原劑噴槍，所述的還原劑噴槍優(yōu)選設(shè)置在煙氣管道的二分之一處，其后布置收縮擴(kuò)散通道，以利于氣體混合擴(kuò)散。
所述的SCR反應(yīng)器優(yōu)選蜂窩式反應(yīng)器。
所述的SCR反應(yīng)器不安裝噴氨格柵或者其他噴還原劑的設(shè)備，還原劑的混合與調(diào)配通過前段水泥分解窯尾部煙道內(nèi)的還原劑噴槍來控制。
本發(fā)明工藝和裝置與已有的技術(shù)相比較具有以下的優(yōu)點(diǎn)
1、相對于SNCR技術(shù)，本發(fā)明大大提高了脫硝效率；
2、相對于SCR技術(shù)，本發(fā)明降低了氨逃逸率，同時(shí)還大大節(jié)省了占地面積，縮短了建設(shè)周期，降低了投資運(yùn)營成本；
3、本發(fā)明適用于現(xiàn)有SCR脫硝系統(tǒng)的改造，實(shí)施方便；
4、本發(fā)明適用于水泥窯爐系統(tǒng)尾部低溫?zé)煔饷撓?，符合國家有關(guān)控制水泥窯爐 NOx排放的環(huán)保導(dǎo)向，有著廣闊的應(yīng)用空間和巨大的市場價(jià)值。


圖1為本發(fā)明裝置的示意圖，其中
1-水泥分解窯；2-余熱鍋爐；3-增濕塔；4-除塵器；5-SCR反應(yīng)器。
圖2為本發(fā)明裝置中噴槍和收縮擴(kuò)散通道的局部放大示意圖，其中
6-噴槍；7-收縮擴(kuò)散通道。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1
如圖1所示的水泥窯爐煙氣脫硝裝置，包括依次連接的水泥分解窯1、余熱鍋爐 2、增濕塔3、除塵器4和SCR反應(yīng)器5，所述的SCR反應(yīng)器為蜂窩式反應(yīng)器，在溫度范圍為 750°C 1100°C，氮氧化物濃度為600mg/m3的水泥分解窯1的尾部煙道二分之一處布置噴槍，噴槍后布置收縮擴(kuò)散通道(如圖2所示)，按照還原劑的噴入量與煙氣中氮氧化物的摩爾數(shù)比為2.0 1的量噴入還原劑，噴入速度為15m/s。還原劑在煙道內(nèi)與煙氣混合，并和氮氧化物發(fā)生選擇性非催化反應(yīng)，將大部分NOx還原成N2。4
于溫度為95°C左右的除塵器4尾部處布置SCR反應(yīng)器，裝載有蜂窩狀、具有抗堿土堿金屬的中低溫高活性催化劑，其活性成分主要包括8. 5%的W03、3. 6%的Mo03、2. 9% V2O5>2. 8%的&02、4. 2%的Mn02、3. 3%的Ce2O3，上述成分混合載體后經(jīng)干混、捏合、練泥、擠出、干燥和焙燒之后制作成型。還原劑和氮氧化物在催化劑表面發(fā)生選擇性催化還原反應(yīng)， 實(shí)現(xiàn)二次脫硝，脫硝效率可以達(dá)到91.7%;SCR反應(yīng)器出口氮氧化物的濃度為50mg/m3以下， 氨逃逸濃度在3ppm左右。
實(shí)施例2
一種水泥窯爐煙氣脫硝裝置，包括水泥分解窯1、余熱鍋爐2、增濕塔3、除塵器4和 SCR反應(yīng)器5，與實(shí)施例1不同的是，所述的SCR反應(yīng)器5安裝在增濕塔3與除塵器4之間。
在溫度范圍為750°C 1100°C，氮氧化物濃度為600mg/m3的水泥分解窯1的尾部煙道二分之一處布置噴槍6，按照還原劑的噴入量與煙氣中氮氧化物的摩爾數(shù)比為2. 4 1 的量噴入還原劑，噴入速度為15m/s。還原劑在煙道內(nèi)與煙氣混合，并和氮氧化物發(fā)生選擇性非催化反應(yīng)，將大部分NOx還原成N2。
于溫度為160°C左右的增濕塔3尾部處布置SCR反應(yīng)器5，裝載有蜂窩狀、具有抗堿土堿金屬的中低溫高活性催化劑，其活性成分主要包括8. 5%的W03、3. 6%的Mo03、 2.9% V205、2. 8%的ZrO2,4. 2%的MnO2,3. 3%的Ce2O3,上述成分混合載體后經(jīng)干混、捏合、 練泥、擠出、干燥和焙燒之后制作成型。還原劑和氮氧化物在催化劑表面發(fā)生選擇性催化還原反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)二次脫硝，脫硝效率可以達(dá)到91 % ;SCR反應(yīng)器出口氮氧化物的濃度為55mg/m3 以下，氨逃逸濃度在3ppm左右。
實(shí)施例3
一種水泥窯爐煙氣脫硝裝置，設(shè)備布置與實(shí)施例2相同，在溫度范圍為750°C 1100°C，氮氧化物濃度為550mg/m3的水泥分解窯1尾部煙道二分之一處布置噴槍，按照還原劑的噴入量與煙氣中氮氧化物的摩爾數(shù)比為2.0 1的量噴入還原劑。還原劑在煙道內(nèi)與煙氣混合，并和氮氧化物發(fā)生選擇性非催化反應(yīng)，將大部分NOx還原成N2。
于溫度為160°C左右的增濕塔3尾部處布置SCR反應(yīng)器5，裝載有蜂窩狀、具有抗堿土堿金屬的中低溫高活性催化劑，其活性成分主要包括8. 5%的W03、3. 6%的Mo03、 2.9% V205、2. 8%的ZrO2,4. 2%的MnO2,3. 3%的Ce2O3,上述成分混合載體后經(jīng)干混、捏合、 練泥、擠出、干燥和焙燒之后制作成型。還原劑和氮氧化物在催化劑表面發(fā)生選擇性催化還原反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)二次脫硝，脫硝效率可以達(dá)到91. 8% ；SCR反應(yīng)器出口氮氧化物的濃度為 45mg/m3以下，氨逃逸濃度在3ppm左右。
實(shí)施例4
一種水泥窯爐煙氣脫硝裝置，設(shè)備布置與實(shí)施例1相同，在溫度范圍為750°C 1100°C，氮氧化物濃度為550mg/m3的水泥分解窯1尾部煙道二分之一處布置噴槍，按照還原劑的噴入量與煙氣中氮氧化物的摩爾數(shù)比為1.5 1的量噴入還原劑。還原劑在煙道內(nèi)與煙氣混合，并和氮氧化物發(fā)生選擇性非催化反應(yīng)，將大部分NOx還原成N2。
于溫度為95 °C左右的除塵器4尾部處布置SCR反應(yīng)器5，裝載有蜂窩狀、具有抗堿土堿金屬的中低溫高活性催化劑，其活性成分主要包括8. 5%的W03、3. 6%的Mo03、2. 9% V2O5>2. 8%的&02、4. 2%的Mn02、3. 3%的Ce2O3，上述成分混合載體后經(jīng)干混、捏合、練泥、擠出、干燥和焙燒之后制作成型。還原劑和氮氧化物在催化劑表面發(fā)生選擇性催化還原反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)二次脫硝，脫硝效率可以達(dá)到91. 8%;SCR反應(yīng)器出口氮氧化物的濃度為45mg/m3以下， 氨逃逸濃度在3ppm左右。
權(quán)利要求
1.一種水泥窯爐煙氣脫硝工藝，其特征在于包括以下步驟(1)將還原劑噴入溫度為750°C 1100°C的水泥窯爐煙氣中混合，發(fā)生選擇性非催化還原反應(yīng)除去煙氣中的部分氮氧化物；(2)還原劑和未被還原的氮氧化物經(jīng)降溫、增濕、除塵后，煙氣溫度控制在85 400°C 的低溫范圍內(nèi)，進(jìn)入SCR反應(yīng)器，在SCR催化劑的表面發(fā)生選擇性催化還原反應(yīng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水泥窯爐煙氣脫硝工藝，其特征在于所述的還原劑為液氨、 氨水或者尿素中的一種或幾種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水泥窯爐煙氣脫硝工藝，其特征在于所述還原劑的噴入量為還原劑中的NH3與煙氣中NOxW摩爾數(shù)之比為1. 1 1 2. 5 1。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水泥窯爐煙氣脫硝工藝，其特征在于所述的還原劑的噴入速度為 10m/s-20m/s。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水泥窯爐煙氣脫硝工藝，其特征在于所述的催化劑為具有抗堿土堿金屬的中低溫高活性成分，其形狀為蜂窩狀，載體為二氧化鈦或者二氧化鈦與三氧化二鋁的有機(jī)結(jié)合，以催化劑總質(zhì)量為100%計(jì)，所述的SCR催化劑的活性成分包括以下質(zhì)量百分比的組分WO35 ~10%MoO31 ~5%V2O5ο-3%ZrO2ι ~3%MnO21 ~5%Ce2O30~4%,余量為載體。
6.一種用于實(shí)現(xiàn)上述水泥窯爐煙氣脫硝工藝的脫硝裝置，包括水泥分解窯、預(yù)熱鍋爐、 增濕塔、除塵器和SCR反應(yīng)器，其特征在于所述的水泥分解窯、增濕塔、除塵系統(tǒng)依次連接，所述的SCR反應(yīng)器安裝在增濕塔或者除塵系統(tǒng)之后，所述的水泥分解窯的尾部煙道內(nèi)設(shè)有還原劑噴槍。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的脫硝裝置，其特征在于所述的還原劑噴槍設(shè)置在煙氣管道的二分之一處，其后布置收縮擴(kuò)散通道。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種水泥窯爐煙氣脫硝工藝，采用液氨、氨水或者尿素作為還原劑，由噴槍噴射到溫度范圍為750℃～1100℃的水泥分解窯煙氣中發(fā)生選擇性非催化反應(yīng)，隨后還原劑與煙氣中未反應(yīng)的氮氧化物一起通過安裝于增濕塔、除塵器后的SCR反應(yīng)系統(tǒng)，在特制低溫催化劑表面發(fā)生選擇性催化還原反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)二次脫硝。本發(fā)明還公開了用于實(shí)現(xiàn)上述工藝的脫硝裝置。本發(fā)明通過在系統(tǒng)的尾部增加SCR脫硝系統(tǒng)降低了SNCR系統(tǒng)中的氨逃逸率，同時(shí)通過前部的SNCR初步脫硝減少了SCR反應(yīng)器的體積和催化劑的用量，降低了脫硝系統(tǒng)的一次性投資費(fèi)用并提高了系統(tǒng)的脫硝效率。本發(fā)明適用于水泥窯爐煙氣中氮氧化物的脫除，具有廣闊的市場和應(yīng)用前景。
文檔編號B01D53/90GK102512925SQ20111040243
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月7日
發(fā)明者吳忠標(biāo), 李世遠(yuǎn), 王岳軍, 莫建松 申請人:浙江天藍(lán)環(huán)保技術(shù)股份有限公司