在制備水泥時(shí)，在旋轉(zhuǎn)爐中燒結(jié)含硅酸鹽的和含碳酸鹽的生料以產(chǎn)生水泥熟料。在旋轉(zhuǎn)爐中于燃燒器火焰中出于該意圖所需的高溫下，作為大氣中存在的氮燃燒的結(jié)果形成氮氧化物(NOX)。其它氮氧化物來源可以存在于用來在旋轉(zhuǎn)爐中產(chǎn)生熱的燃料中。然而，立法機(jī)構(gòu)對(duì)氮氧化物的排放規(guī)定了限制，原因是氮氧化物對(duì)人類和環(huán)境具有許多不良作用。更特別地，氮氧化物導(dǎo)致酸雨；此外，它們還導(dǎo)致平流層中的臭氧降解和全球變暖。因此，在制備水泥的情況下(正如在其它燃燒設(shè)備中)必需使用煙道氣脫氮氧化物的方法，所述煙道氣在物質(zhì)流的反方向離開旋轉(zhuǎn)爐。它們流入生料在其中脫酸的煅燒區(qū)。該區(qū)最頻繁地在窯升井通道中或在煅燒爐中形成，或者在窯升井通道中和在下游煅燒爐中形成。
氮氧化物減少的第一步提供于EP0854339A1描述的方法中，其分步進(jìn)行引入冷卻區(qū)輸出空氣和加入預(yù)熱物質(zhì)，從而對(duì)氮氧化物減少有利的溫度窗口在煅燒區(qū)中產(chǎn)生。對(duì)于煙道氣中甚至更大幅的氮氧化物含量減少，可能的是將氨(NH3)加至煅燒區(qū)的反應(yīng)空間。出于該意圖，在一個(gè)或多個(gè)適宜位置將氨水溶液、氨或釋放氨的物質(zhì)注入煅燒區(qū)中或者窯升井通道和/或煅燒爐中。此處脫氮氧化物是基于選擇性非催化還原(SNCR)的已知方法，其中氨與氮氧化物通過熱分解轉(zhuǎn)化為氮和水(優(yōu)選在900°至1000℃的溫度窗口)。
常規(guī)SNCR方法受到下述問題限制：不參與氮氧化物減少反應(yīng)的過量氨(稱為氨逃逸)從設(shè)施中排出。然而，氨類似地對(duì)人類和環(huán)境有害效果；例如，慢性呼吸道障礙能夠由氨引起。人們認(rèn)為立法機(jī)構(gòu)可能在不遠(yuǎn)的將來對(duì)其進(jìn)行限制。需要減少的氮氧化物越多，則氨的逃逸也越高。因此，為了實(shí)現(xiàn)更進(jìn)一步的氮氧化物充分降解而不顯著排放氨，脫氮氧化物目前也通過選擇性催化還原方法(SCR)進(jìn)行，其描述例如在EP2444145A1。在SCR方法的情況下，通過在催化劑上與氨進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)還原氮氧化物，其得到作為產(chǎn)物的氮和水。頻繁地，這些催化劑由二氧化鈦，五氧二釩和/或二氧化鎢組成。盡管該方法在一方面提供很高效的煙道氣脫氮氧化物，其在另一方面具有的缺點(diǎn)是，在水泥生產(chǎn)的工業(yè)用途中必須使用具有數(shù)個(gè)催化劑層的很大催化劑體積。上述技術(shù)因?yàn)榇?體積)催化劑而導(dǎo)致很高的基建投資和操作成本(維護(hù)、修復(fù)和清潔)。另外，大催化劑體積相應(yīng)地導(dǎo)致氣體體積流中的高壓降。
因此，本發(fā)明的任務(wù)是提出煙道氣高效脫氮氧化物且僅低氨排放的方法，其適用于水泥生產(chǎn)中并且其中可能使用催化劑，所述催化劑的體積與常規(guī)催化劑、特別是SCR方法中所用的那些相比有利地更小。屬于本發(fā)明的又一任務(wù)是提出相應(yīng)于該方法的用于煙道氣脫氮氧化物的設(shè)施。
本發(fā)明的任務(wù)解決如下：煙道氣脫氮氧化物的方法，其具有權(quán)利要求1的特征；和用于煙道氣脫氮氧化物的設(shè)施，其具有權(quán)利要求6的特征。其它有利的實(shí)施方式在權(quán)利要求1的從屬權(quán)利要求和在權(quán)利要求6的從屬權(quán)利要求中指定。
從而本發(fā)明方法預(yù)期的是，在脫氮氧化物的SNCR階段之后將煙道氣流送至催化劑。在煙道氣離開煅燒區(qū)之后，它們?cè)谠摲椒ㄖ辛鬟^在水泥生產(chǎn)過程中常規(guī)的具有下游除塵的換熱器。然后，將經(jīng)除塵的煙道氣引導(dǎo)通過換熱器廢氣管線進(jìn)入布置了催化劑的反應(yīng)器。催化劑實(shí)現(xiàn)引起煙道氣中氨份額減少的任務(wù)。按照最初描述，在SCR方法中所用的催化劑在其上催化在氨逃逸與氮氧化物之間的反應(yīng)。氮氧化物所指氮氧化物份額，其即使在限制之下也還以不可忽視的程度存在于煙道氣中。催化劑從而并非在此(主要地)為了氮氧化物減少，而是為了煙道氣中的氨份額的實(shí)質(zhì)降低而用于換熱器廢氣管線中。其結(jié)果是催化劑能夠顯著小于水泥生產(chǎn)中為了通過常規(guī)SCR方法脫氮氧化物必須使用的催化劑。在按照本發(fā)明提出的設(shè)施中催化劑的小催化劑體積導(dǎo)致相對(duì)低的基建投資和操作成本并且導(dǎo)致廢氣體積流中的小壓降。
因?yàn)樵谙掠未呋瘎┲邪迸欧帕康臏p少而可能的是，在方法的SNCR階段期間添加大量的氨(特別是通過氨水溶液注入煅燒區(qū)進(jìn)行)而無需特別注意任何顯著的氨逃逸。采用這種程度增加的氨量，可能的是達(dá)到甚至更強(qiáng)限制性的氮氧化物排放限值，同時(shí)由于催化劑效果而不出現(xiàn)顯著氨排放。
用待注射的氨水溶液、氨或釋放氨的物質(zhì)的量按照本發(fā)明來在煙道氣在氣體流動(dòng)方向上催化劑下游釋放入環(huán)境的情況下控制氮氧化物排放。出于該意圖，在煙道氣中連續(xù)地或以規(guī)律的短時(shí)間間隔監(jiān)測(cè)氮氧化物含量，所述煙道氣例如通過煙囪釋放入大氣中。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，并且調(diào)節(jié)待注射的量使得對(duì)氮氧化物排放入環(huán)境各自給定的限值被達(dá)到或超過，和因此不需要進(jìn)一步的脫氮氧化物步驟。
用于借助煙道氣體積流中仍存在的殘余氮氧化物NOX來降解氨的催化劑，在本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式中，是一般的蜂窩催化劑或一般的板催化劑，其中尤其可能使用二氧化鈦、五氧二釩和/或二氧化鎢，以便催化氮氧化物與氨的反應(yīng)。煙道氣從換熱器/除塵器通過換熱器廢氣管線引導(dǎo)至反應(yīng)器中布置的催化劑。在通過壓縮機(jī)之后，離開反應(yīng)器的廢氣流一般被送至煙囪以釋放入大氣。催化劑用于借助氮氧化物降解過量氨。煙道氣體積流中的氮氧化物量已經(jīng)在方法的SNCR階段被降低至(或低于)排放目前要求的限值，其中殘余氮氧化物仍存在于通過換熱器廢氣管線到達(dá)催化劑的煙道氣流中。由于催化劑僅用于降解氨逃逸，該催化劑的尺度能夠顯著小于下述催化劑的尺度，其是在水泥生產(chǎn)的SCR方法中一般必須用來借助氨降解相對(duì)大量亞硝酸氣體的催化劑。更小的催化劑體積提供相對(duì)更大體積的許多重要優(yōu)勢(shì)：基建投資和催化劑操作在經(jīng)濟(jì)上更有利，反應(yīng)器中的壓降更小和催化劑的清潔更簡(jiǎn)單。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，僅1個(gè)催化劑層安排在反應(yīng)器中。在反應(yīng)器中也提供的是能夠容納1個(gè)額外催化劑層的裝置。從而可能的是，在必須交換過程中存在的催化劑層的情況下，在將其拆除的同時(shí)將又一催化劑層裝入未預(yù)先占用的裝置，這有利地縮短催化劑交換操作。在后續(xù)交換中，容納催化劑層的第一裝置被再次加載。
本發(fā)明的一種實(shí)施方式預(yù)期了換熱器廢氣管線區(qū)域中的旁路管線。如果催化劑正在維護(hù)或修復(fù)或者催化劑功能發(fā)生未預(yù)見的故障，則來自換熱器的廢氣流能夠以此方式繞過催化劑。如果對(duì)于涉及氨排放的限值的規(guī)章允許，則煙道氣經(jīng)由馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的壓縮機(jī)且經(jīng)過煙囪直接釋放入大氣中。這種僅持續(xù)短時(shí)間的廢氣引導(dǎo)帶來顯著經(jīng)濟(jì)損害，其產(chǎn)生自關(guān)閉在煅燒和燒結(jié)區(qū)域中的水泥生產(chǎn)設(shè)施。此外，在該階段加入氨能夠被減少至確保符合NOX限值的程度。為了截?cái)鄰U氣流通過催化劑的路徑，和類似地為了截?cái)嘣谡Ｇ闆r下運(yùn)用的旁路管線，在各情況下于管線中使用截?cái)鄽饬骰蛘{(diào)節(jié)氣流流量的組件，例如屏障閘門閥、屏障翼片、浮球閥或閥門。
在SNCR方法階段之后，按照本發(fā)明將煙道氣在流經(jīng)換熱器之后立即引入至少一個(gè)用于從煙道氣分離粉塵顆粒的裝置。一般地，使用依賴離心力作用的旋流器。使用靜電和織物濾器也是可能的，其中系統(tǒng)的總效率是選擇除塵器類型的重要參數(shù)。本文提出的方法的優(yōu)勢(shì)之一是流入催化劑的煙道氣是已經(jīng)大幅除塵的。這消除對(duì)為了避免關(guān)停必須以高頻率進(jìn)行的不經(jīng)濟(jì)清潔的需要，而這種需要正是在將非除塵煙道氣引導(dǎo)通過SCR催化劑的方法中所必須在催化劑中進(jìn)行的。在煙道氣中的腐蝕性組分的預(yù)先沉積也延長(zhǎng)催化劑壽命。
由于盡管來自換熱器的煙道氣流進(jìn)行了除塵但少量粉塵顆粒仍存在于煙道氣流中，并且它們至少以某種程度沉降在催化劑上或截?cái)嗥浼?xì)微結(jié)構(gòu)，本發(fā)明的一種實(shí)施方式預(yù)期在方法中清潔催化劑表面以除去固體顆粒。此處優(yōu)選的是使用一般的除塵鼓風(fēng)機(jī)，其使用壓縮空氣(和任選地額外的聲學(xué)壓力)來清潔催化劑的有關(guān)表面。還有利地可能的是在清潔過程中包括反應(yīng)器壁。根據(jù)污染平均程度的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，清潔優(yōu)選以適宜的定期間隔進(jìn)行而不關(guān)閉設(shè)施。
SNCR方法反應(yīng)需要特定的熱力學(xué)前提，特別是存在適宜的溫度窗口。通過將氨水溶液、氨或釋放氨的物質(zhì)注入優(yōu)選在窯升井通道和/或煅燒爐中形成的煅燒區(qū)而加入氨，將因此有利地在本發(fā)明的實(shí)施方式中以兩個(gè)或更多個(gè)注射水平進(jìn)行，其取決于特定設(shè)施和過程方案的真實(shí)參數(shù)。在此，于各水平的注射特別地取決于在那里占優(yōu)勢(shì)的溫度條件打開或關(guān)閉，所述溫度條件通過測(cè)量氣體溫度的相應(yīng)裝置、例如通過聲學(xué)氣體溫度測(cè)量方法來在煅燒區(qū)的特別部分中進(jìn)行測(cè)量。此外在本發(fā)明的又一實(shí)施方式中，注射經(jīng)由每個(gè)水平的一個(gè)注射裝置進(jìn)行，其各自具有至少一個(gè)注射槍。在一個(gè)水平的注射槍的控制能夠獨(dú)立于在每個(gè)其它水平的注射槍的控制而進(jìn)行。
所提出的方法并不局限于在制備水泥中使用，而是適于其中需要煙道氣高效脫氮氧化物的全部燃燒設(shè)備。原則上需要的是，適于SNCR方法和其中進(jìn)行的氨注射的化學(xué)和熱力學(xué)條件，以及在相應(yīng)于SCR方法的過程中在小催化劑上用氮氧化物或具有可比擬效果的共反應(yīng)物降解過量氨的適宜條件。
本發(fā)明通過下述附圖更詳細(xì)地解釋。圖顯示的是：
圖1本發(fā)明用于煙道氣脫氮氧化物的設(shè)施的簡(jiǎn)化示意截面。
圖1中顯示的是，在根據(jù)本發(fā)明的用于煙道氣1脫氮氧化物的設(shè)施中，在水泥生產(chǎn)的涉及煙道氣1脫氮氧化物的部分中的煙道氣1示意路徑。煙道氣1流出用于燒結(jié)水泥熟料的旋轉(zhuǎn)爐2，進(jìn)入煅燒區(qū)3，所述煅燒區(qū)3在實(shí)施例中顯示為擴(kuò)展經(jīng)過窯升井通道4和煅燒爐5部分。在SNCR方法中，在多個(gè)水平通過注射槍7將足夠的氨6作為水溶液注入煅燒區(qū)3，從而在煙道氣排放口8符合對(duì)于氮氧化物的限值。根據(jù)測(cè)量的溫度窗口(未描述)在單獨(dú)水平控制注射。已大部分脫氮氧化物的煙道氣1與在脫氮氧化物中過量比例的未轉(zhuǎn)化氨6流經(jīng)換熱器9(其用來預(yù)熱生料用于水泥生產(chǎn))并且流經(jīng)除塵裝置10(在實(shí)施例中顯示為兩個(gè)旋流器形式)進(jìn)入換熱器廢氣管線11。
將已大幅除去固體顆粒的煙道氣1通過換熱器廢氣管線11引至催化劑12，其優(yōu)選呈蜂窩催化劑或板催化劑形式并且布置在反應(yīng)器13中。催化劑12可以具有相對(duì)小的尺度并且優(yōu)選由僅1層組成。在本文提出的方法中，與SCR方法類似，氨逃逸在催化劑12上用氮氧化物大幅降解、產(chǎn)生氮和水，其中氮氧化物源自仍存在于煙道氣1中的氮氧化物份額。以此方式，通過所提出的方法可能實(shí)現(xiàn)的是，在SNCR階段期間通過過量注射氨6進(jìn)行煙道氣1的高效脫氮氧化物，但不導(dǎo)致煙道氣1中氨6的顯著排放8。
反應(yīng)器13優(yōu)選具有容納第二催化劑層(未描述)的裝置。如果在操作中由于維護(hù)或損耗必須更換催化劑層，則可能在經(jīng)濟(jì)上有利的方式是，與在所述裝置中拆除該層同時(shí)地將新催化劑層構(gòu)入反應(yīng)器13。在催化劑層交換階段期間和在催化劑12或反應(yīng)器13有任何其它問題的情況下，煙道氣1流能夠轉(zhuǎn)入繞過反應(yīng)器13的旁路管線14。用于截?cái)酂煹罋?流的裝置系統(tǒng)15，例如屏障閘門閥，屏障翼片、浮球閥或閥門的布置，調(diào)節(jié)煙道氣1通過反應(yīng)器13或旁路管線14的流量。
編號(hào)數(shù)字列表
1 煙道氣 9 換熱器
2 旋轉(zhuǎn)爐 10 除塵裝置
3 煅燒區(qū) 11 換熱器廢氣管線
4 窖升井通道
5 煅燒爐 12 催化劑
6 氨 13 反應(yīng)器
7 注射槍 14 旁路管線
8 煙道氣排放 15 截?cái)嘌b置