水泥厂氮氧化物的超低排放

目录

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。