[发明专利]碳系还原剂SCR脱硝技术消减高温煅烧NOx的方法

说明书

技术领域

本发明属于废气处理领域,具体属于高温烟气排放的大气污染物NOx的治理技术。

背景技术

水泥是重要的建筑材料，社会年需求量超过20亿吨。而生产水泥所需水泥熟料煅烧排放的氮氧化物造成的大气污染严重威胁环境。水泥生产中的熟料煅烧即烧成系统是水泥生产的重要环节，系统主要由预热器、分解炉、回转窑、篦冷机四部分组成：水泥生料经过预热器预热，到分解炉分解，气固分离后，已分解的生料入窑，入窑生料的分解率一般控制在90-95％。气体由下而上，生料在分解炉中加热分解所需的热量部分由入分解炉的煤粉提供，所需助燃空气主要部分来自回转窑窑头的三次风热空气，在分解炉入口风温在900℃左右；另一部分来自回转窑高温煅烧形成的窑尾烟室的气体。预分解的生料入回转窑，回转窑胴体有一定斜度(窑尾高窑头低)且不断旋转，预分解的生料不断由窑尾向窑头运动，在窑内被高温逆向流动的气体加热而烧成熟料，最后经窑头落入篦冷机，高温熟料通过篦冷机的冷却空气进行冷却后入熟料库。回转窑内煅烧熟料的助燃空气由窑头的一次风和二次风提供，回转窑窑头煤粉剧烈燃烧提供的热可使烧成带的物料煅烧温度达到1500℃左右。

水泥熟料煅烧产生的NOx主要源于回转窑窑头燃料高温煅烧(物料温度≥1500℃，气流温度1600-1800℃)时助燃的一次风空气中的N₂、燃料中的氮和原料中的氮化合物，以一次风空气中的N₂为主。

为防止高温煅烧(不限于水泥熟料煅烧)过程中的氮氧化物污染环境，应对排放烟气进行脱硝处理。在目前各种脱硝技术中,选择性催化还原脱硝SCR技术应用广泛、效率高，在热电系统高温烟气脱硝领域应用是最成熟的技术之一(水泥熟料煅烧产生的含NOx高温烟气采用以氨为还原剂的SCR脱硝技术目前仅国外的少数厂家使用，国内的使用才刚刚起步，主要原因在于大量烟气的处理需要大额投资和运行费用)。SCR技术是指在催化剂的作用下，利用还原剂(如NH₃、液氨、尿素)来“有选择性”地与烟气中的NOx反应并生成无毒无污染的N₂和H₂O。

但是，氨类还原剂SCR脱硝技术，消耗资源(氨)价值较高、氨易爆有毒、逃逸会产生二次环境污染，储存、使用不便，而且NH₃用量大时烟气中产生的铵盐会造成催化剂在偏高的脱硝温度工作时失活缩短催化剂使用寿命。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种碳系还原剂SCR脱硝技术消减高温煅烧NOx的方法，比氨类还原剂更安全，综合脱硝效率更高。

本发明提供的一种碳系还原剂SCR脱硝技术消减高温煅烧NOx的方法，包括以下步骤：

(1)、制备碳系还原剂：

采用掺加了CO₂的高温空气为热源高温热解原煤，水或水蒸汽作为调节还原性气体温度、消减还原性气体中悬浮的未燃烬固态碳的手段,制得以一氧化碳和氢气为主的气态还原性成分，作为碳系还原剂，反应过程的化学方程式为：

所述高温空气来自源于煅烧回转窑窑头的三次风，风温900-1000℃,掺加的CO₂来自本系统中脱硝净化处理后(脱硝风机出口)150-250℃的浓度30-40％的CO₂的烟气,烟气与高温空气的掺加体积比为1:4-5。

或，以回转窑高温煅烧碳酸盐的三次风经调质控温作为碳还原剂制备装置的热源，采用常规生物质热裂解方法，将预处理后的生物质碳原料(CxOyHz)在气化炉中高温热解制备碳系还原剂；反应过程的化学方程式为：

(2)、一次脱硝燃烧

将步骤(1)制备的碳系还原剂，用于温度800-950℃的分解炉内部，主体断面烟气流速8-10m/s，碳系还原剂与分解炉内部NO发生高温氧化还原反应，将NO还原为N₂，碳系还原剂用量以预热器出口处在线烟气监测仪检测的NO₂含量500-800mg/Nm³为限，可保后续SCR脱硝环节烟气中NO₂达标(≤320mg/Nm³)排放，此步骤中，分解炉中的NO还原率为25—35％。

反应过程的化学方程式为：

碳系还原剂与NO的用量摩尔比为1:1，在此条件下脱硝效率接近90％。