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水泥窑几种典型脱硝技术的比较

北极星环保网来源:中国水泥 温平2018/5/31 11:35:20我要投稿
所属行业: 大气治理  关键词:脱硝技术 SCR 水泥行业

北极星环保网讯:我国是以燃煤为主的发展中国家,燃煤造成的大气污染日趋严重,而氮氧化物(NOx)是其主要成分之一,包括NO、NO2、N2O、N2O3、N2O5等多种氮的氧化物,燃煤窑炉排放的NOx中绝大部分是NO,NOx除对人体有害外还导致光化学烟雾和酸雨的形成。目前我国水泥行业氮氧化物的排放占总排放量的10%左右,是我国氮氧化物排放的第三大源,因此治理水泥行业氮氧化物的排放刻不容缓。水泥窑脱硝的技术主要有:低氮燃烧技术(包括低氮喷煤管、空气分级燃烧和燃料分级燃烧)、SNCR和SCR。本文对这几种脱硝技术做了初步的比较,供水泥行业选择。

1我国大气污染现状

我国是以燃煤为主的发展中国家,燃煤造成的大气污染日趋严重,而氮氧化物(NOx)是其主要成分之一,包括NO、NO2、N2O、N2O3、N2O5等多种氮的氧化物,燃煤窑炉排放的NOx中绝大部分是NO。NO的毒性不是很大,但是在大气中NO可以氧化生成NO2。NO2比较稳定,其毒性是NO的4~5倍。空气中NO2的含量在3.5×10-6(体积分数)持续1h,就开始对人体有影响;含量为(20~50)×10-6时,对人眼有刺激作用。含量达到150×10-6时,对人体器官产生强烈的刺激作用。此外,NOx还导致光化学烟雾和酸雨的形成。由于大气的氧化性,NOx在大气中可形成硝酸(HNO3)和硝酸盐细颗粒物,同硫酸(H2SO4)和硫酸盐颗粒物一起,易加速区域性酸雨的恶化。

氮氧化物活性高、氧化性强,是造成我国复合型大气污染的关键污染物。随着国民经济持续快速发展和能源消费总量大幅攀升,我国氮氧化物排放量迅速增长。“十一五”期间,我国氮氧化物排放量逐年增长,水泥行业氮氧化物排放量也呈现快速增长趋势,继火电和机动车之后排第3位。氮氧化物排放量的迅速增加导致了一系列的城市和区域环境问题。雾霾天气已经成为中国各大城市的常见现象,严重威胁着人民群众的身体健康,成为当前迫切需要解决的环境问题。“十二五”期间我国将针对氮氧化物的污染特征,进入以空气质量改善为切入点、以主要行业为突破口的大规模削减阶段。现在火电,钢铁和以水泥为首的建材行业都在大规模推行脱硝工作。

2我国水泥生产NOx排放标准

GB4915-2013《水泥工业大气污染物排放标准》规定:现有企业2015年6月30日前仍执行GB4915-2004标准,氮氧化物排放浓度≤800mg/m3(以NO2计,10%O2),自2015年7月1日起执行氮氧化物排放浓度≤400mg/m3(以NO2计,10%O2);自2014年3月1日起,新建企业执行氮氧化物排放浓度≤400mg/m3(以NO2计,10%O2);重点地区企业执行氮氧化物排放浓度≤320mg/m3(以NO2计,10%O2)。

3水泥窑产生氮氧化物的主要原理及主要影响因素

水泥窑产生的废气中,NO约占95%,NO2占5%。氮氧化物主要有三种来源:燃料型、热力型和快速型。

3.1燃料型氮氧化物

燃料中的氮在燃烧过程中氧化生成的氮氧化物,煤中氮含量一般在0.5%~2.5%左右,主要以有机氮的形式存在,有机氮热裂解产生N、CN、HCN和NHi等中间产物基团,然后氧化而生成的NOx。其主要影响因素:燃料特征、燃烧温度和过剩空气系数等。

主要的控制方法有:改变燃烧条件,减少燃料型NOx生成量;对燃烧后产生的含NOx烟气进行脱硝处理。

3.2热力型氮氧化物

高温条件下N2和O2反应生成的氮氧化物:

N2+O22NO

NO+1/2O2NO2

其主要影响因素:温度、氧气浓度和停留时间。回转窑中烧成带温度低于1350℃时几乎不产生热力型NOx,高于1500℃时大量产生。

主要的控制方法:①降低燃烧温度;②降低氮浓度;③降低氧浓度;④缩短在窑的停留时间。

4水泥窑几种典型脱硝技术的比较

4.1低氮燃烧器

(1)原理。

由于热力型氮氧化物的生成主要与火焰温度和过剩空气系数有关,当火焰温度高于1500℃以上时,氮氧化物的生成与火焰温度成指数关系增加。低氮燃烧器的主要特点是推力大,煤和空气混合好,燃烧速率快。它与传统的燃烧器相比,需要的过剩空气系数小,火焰温度也较低,因此生成的氮氧化物少。

(2)低氮燃烧器脱硝效率。

低氮燃烧器脱硝效率一般为10%~15%,但在不影响正常生产情况下脱硝效率一般为5%~10%。

(3)低氮燃烧器主要设备构成。

低氮燃烧器主要设备构成有低氮喷煤管。

(4)低氮燃烧器的投资。

低氮燃烧器的总投资为:进口设备:80~130万人民币左右;国产设备:30~80万人民币左右。

(5)低氮燃烧器的优、缺点。

优点是:运行时无额外的费用,操作简单;缺点是:脱硝效率较低,进口设备效果略高于国产设备,但价格相对较贵;另外,如果片面追求脱硝效率,火焰温度过低,窑热力强度降低,会带来窑的减产或者熟料中游离氧化钙的增高而影响熟料的强度和安定性。

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