水泥厂氮氧化物的超低排放
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水泥厂氮氧化物的产生与超低排放操作
(2)
(一)氮氧化物(NO x)主要是来源于回转窑高温带。
(2)
(二)分解炉产生的(NOx) (3)
(3)
1. 氮氧化物与CO的反应方程式 (3)
2. NOX和氨水的反应方程式 (3)
(4)
(4)
(5)
1、氨水脱销 (5)
2、CO还原反应 (5)
3、降低氨水用量 (6)
4、实验结论: (7)
5、针对实验结果优化和调整 (7)
(7)
1. 停磨氨逃逸超标的原因分析 (7)
2. 再次实验 (8)
3. NOx超低排放的反应过程重点分析 (8)
(10)
水泥厂氮氧化物的产生与超低排放操作
现阶段河北省大部分地区水泥生产已经要求达到超低排放,即粉尘、二氧化硫、氮氧化物分别控制到不高于10mg/m³、30mg/m³、50mg/m³,估计不远的将来,全国各地区的执行标准也会降低到这一标准。
然而能够真正达到该标准的企业并不多,有的多加氨水虽然达到了该标准,但是波动较大,不能稳定控制在50mg/m³以下,操作一旦出现波动就会超过该标准,同时氨逃逸时有超标。
还有的企业为达到该标准不得不把产量降低,明明能够生产6000t/d的窑,产量要降低到5400t/d,造成生产成本的大幅上升。
实事求是的说,现有的超低排放标准将会成为企业的生死符,是决定水泥企业能否生存的根本性问题。
本文将从理论到实践全面论述超低排放安全操作的生产过程,从探讨到解决并达到超低排放标准的生产实验思路全过程,为企业提供达到超低排放的生产技术,并以最低的投资,最高的回报达到超低排放正常生产要求。
在回转窑排放的废气中总中NO2一般仅占NO+NO2总量的5%以下,NO则占总量的95%以上。
(一)氮氧化物(NO x)主要是来源于回转窑高温带。
其一,回转窑在煅烧时窑内温度高达1450度以上,火焰最高温度可达1600度甚至更高,这时空气中的氮气和氧气会在高温下产生大量的NO x
,主要是以NO的形式存在,也叫做热力型NO x,他是窑内NO x的主要来源,温度越高产生的NO x越多。
具体到多少温度生成多少NO还没有准确的试验结果,但是温度越高,产生的NO越多是不争事实,同时还与氮气和氧气的浓度及停留时间有关。
其二,由燃料中氮元素直接转化的NOx称为燃料中的NOx,主要为有机氮,含量一般在0.5%-2.5%之间。
其三,在欠氧环境下,燃料中的碳氢化合物燃烧分解生成CH、CH2以及C2等基团,它们与氮分子以及O、OH等原子基团反应而在很短
的时间内大量产生NOx,称为快速型NOx,它对温度的依赖性很弱,它的生成量一般为总NOx生产量的5%以下。
窑内产生的NO x在窑尾的检测中好一点的回转窑在800mg/Nm3以下,个别的可达700mg/Nm3,相反较差的回转窑NOx排放的相对较高,个别可达1600mg/Nm3甚至更高。
(二)分解炉产生的(NOx)
分解炉产生的NOx主要是因为在操作中温度高而产生的,前边已经说过温度越高产生的NOx越高,当然温度越低产生的NOx越少,具体到多少的温度开始大量生成这要看具体的窑型、分解炉形式和操作习惯、操作温度而定,在这里不详细说明,接下来会按照我们公司的实际情况叙述。
1.氮氧化物与CO的反应方程式
氮氧化物(用NOx表示)跟CO反应转化为无毒物质的化学方程式为:2NO x+2xCO=N2+2xCO2
2.NOX和氨水的反应方程式
NO+4NH3·H2O 10H2O+5N2
即:一氧化氮和氨水反应生产水和氮气,生产无毒无害的水和氮气。
煤粉在回转窑内燃烧产生高温,使得大量的氮气和氧气形成NOx,然后在高温风机作用下,随着窑内二次风进入窑尾,这时窑尾的NOx浓度最高,可高达1500mg/Nm3,甚至更高,通过窑尾随后进入分解炉。
在分解炉内由于分解炉燃烧是辉焰燃烧,即是在低温缺氧环境下燃烧,所以形成的NOx不多,同时由于分解炉是在低温缺氧的环境下燃烧容易形成CO,这时从窑尾出来的NOx和分解炉内产生的CO反应,生产N和CO2,但是由于CO产生的数量有限以及分解炉的特殊情况,不能够使NOx完全反应,剩余部分的NOx(大约有600-800mg/Nm3)与分解炉产生的NOx被排除烟囱造成环境污染。
1、氨水脱销
众所周知,在回转窑窑尾预热器内加入氨水通过让氨水和NOx 产生反应生产水和氨,消除了NOx的存在,确保了废气排放达标。
试验是在分解炉中部通过喷枪把氨水喷入,这样氨水使用大约1吨左右,NOx能够降低到300mg/Nm3,但是随着环保要求越来越严,NOx 的排放要求从400mg/Nm3,降低到200mg/Nm3、100mg/Nm3以至现在的超低排放50mg/Nm3,经过多次尝试单纯的加氨水已经达不到超低排放的要求。
所以经过分析研究后我们进行了CO还原反应的改造。
2、CO还原反应
考虑到窑尾的NOx高,经过分解炉后NOx能够降低,通过搜集相关资料和相关的分级燃烧改造案例得知,分解炉内产生的CO与NOx还原反应会大幅度降低NOx。
那么我们就开始考虑如何让分解炉产生大量的CO,便于与更多的NOx产生反应。
为此把分解炉的喷煤嘴放在烟室的缩口位置。
一是让煤粉燃烧时远离三次风管,让它在氧含量最低的窑尾上来的废气中燃烧避免高温的产生。
二是让其在高温缺氧的环境中燃烧,就会产生大量的CO,让CO和窑内形成的NOx 产生还原反应,生成无毒、无害的N和CO2。
通过实施技改后效果良好,NOx的排放达到了50mg/Nm3以下,美中不足的是氨水的用量很大。
每小时用量达到了1.3吨氨水(含氨量25%),每天的氨水用量是31t。
同时我们在操作中也出现了不少问题,例如:窑的产量低,5000t/d的生产线产量仅仅达到5600t/d,两台生料辊压机不能停,停任意一台氨逃逸就会迅速超标。
同时在操作的过程中稍有不慎NOx也会出现波动,有时甚至超标。
3、降低氨水用量
为了稳定达到超低排放的要求,同时要确保生产操作正常,必须要降低氨水的用量,我们成立了研究小组,首先针对氨水用量大和NOx操作不稳定进行研究。
经过研究小组的几天观察他们发现,分解炉的温度波动对NOx 的影响很大。
经过分析后我们认为是由以下两项原因造成:(一)分解炉温度高,是分解炉里边的煤使用量增大后虽然在缩口处并没产生太高温度,但是在废气氧含量不变的情况下,多余的煤粉和三次风混合后会瞬间燃烧提高了火焰燃烧温度,也会造成NOx 出现和增高。
这时不得不多加氨水进行化合处理。
同时由于氨水多加氨逃逸时有超标现象。
(二)由于分解炉里边的温度升高变化,造成氨水喷枪的位置变相转移,即由氨水喷枪处的温度升高,氨水和NOx的反应部分停止,造成NOx的上升。
(三)考虑到以上两方面的原因,我们思考认为很可能氨水和NOx的反应有一个反应温度的区域,超出该区域氨水和NOx不反应,即氨水不起作用。
针对以上的问题我们展开实验,通过降低头煤提高尾煤的方式提高分解炉温度,观察是否NOx的增高和分解炉温度有没有线性关系。
通过几次操作变化实验证明它们的关系就是线性关系,分解炉温度高NOx高,分解炉温度低NOx低,并且是正比关系。
针对喷枪位置,我们把不同的位置喷枪进行了关闭实验,判断喷枪的位置是否影响NOx与氨水的化合反应。
即判断温度和氨水与NOx 的关系。
经过实验后证实氨水和NOx化合的效果与所处的温度关系很大,不同的位置效果差距很大。
有的位置喷枪不起作用。