[发明专利]一种新型干法水泥窑用复合生物质脱硝水剂、其使用方法以及脱硝系统

说明书

本发明涉及一种水泥窑用复合生物质脱硝水剂、其使用方法以及脱硝系统。本发明利用分解炉气氛特点，通过将生物质脱硝水剂在最适宜的气氛与位置喷加，实现经济、高效、环保的烟气脱硝，同时具有设备投资少、使用简单方便、脱硝剂绿色可再生等特点，将有力推动水泥工业NOx减排和环境保护，具有重要的环境、社会和经济意义。

技术领域

本发明属于水泥工业烟气脱硝领域，尤其涉及一种新型干法水泥窑用生物质脱硝水剂及其使用方法及脱硝系统。

背景技术

随着我国水泥生产规模的扩大，水泥工业氮氧化物(NOx)排放量成为仅次于火力发电、汽车尾气之后的第三大污染源，严重影响着日益脆弱的生态环境。加之近几年来雾霾、酸雨等自然灾害肆虐全国各大中型城市，水泥行业烟气脱硝已迫在眉睫。2013年12月环境保护部、国家质量监督检验检疫总局联合发布了《水泥工业大气污染物排放标准》GB4915-2013代替原有标准GB4915-2004，规定现有及新建水泥厂NOx(按NO₂计)排放浓度不超过400mg/m³，重点地区执行特别排放限值为150mg/m³。

目前，水泥行业应用最广泛的烟气脱硝技术是选择性非催化还原NOx技术(SNCR)。SNCR法可以使用氨水、氨气或尿素作为还原剂。该技术脱硝效率较低(一般60％)，导致水泥企业烟气脱硝成本较高，也无法满足越来越严格的NOx排放标准(无法将NOx排放浓度降至150mg/m3)。选择性催化还原技术(SCR法)普遍使用钛基钒系催化剂(V₂O₅-WO₃/TiO₂)。SCR法也可以使用氨水、氨气或尿素作为还原剂。SCR法活性温度窗口较高(320～420℃)，需要将SCR装置安装在窑尾收尘器之前。然而，该处烟气中粉尘和SO₂浓度较高，这容易引起催化剂中毒、降低催化剂使用寿命。SCR和SNCR脱硝技术中氨水使用效率为60～80％，温度过高时氨和氧反应生成NOx，温度过低则会使NOx还原速率过低，烟气中氨逃逸严重。此外，氨水也是高能耗、高污染产品，利用氨水脱硝仅仅是将污染从水泥行业转移到了化肥行业，在国家层面该技术不具备任何减排意义。因此，亟待开发适用于水泥工业的低成本、高效烟气脱硝技术。

另外，水泥行业中脱硝技术已有技术规范GB 51045-2014《水泥工厂脱硝工程技术规范》，该规范是特别针对脱硝工艺而颁布的。基于脱硝技术本身的脱硝反应原理、目标污染物来源、脱硝反应条件(例如脱硝反应温度)、反应环境、脱硝剂的选择等方面的特殊性，该领域技术人员通常认为脱硝技术与其他环保技术例如脱硫工艺等存在明显差异，继而不会直接借鉴其他领域中的技术来解决脱硝工艺中的问题。

总体来说，现有技术中脱硝工艺的效率不高、脱硝效果不好，且脱硝剂存在成本高、污染严重的问题；而且本领域技术人员在研发脱硝技术时也容易受到技术领域的限制，导致目前仍未出现一种令人满意的经济、环保、高效的干法水泥窑用脱硝技术。

另一方面，地球上的生物质资源数量非常庞大且能够不断再生，其主要组成元素C、H、O也是现代化学工业中转化或使用最为频繁的三种元素。如能将生物质资源高效转化为可被化学工业利用的起始原料，生物质资源将在人类资源结构中扮演更为重要的角色。因此，从生物质出发制备各种化学品已成为生物质资源高效利用的重要手段，世界各国都将发展生物质化工技术作为其重要的战略部署并投入大量的人力与物力进行研发。从反应的氧化还原角度来看，生物质中含有的C、H元素具有还原性，如何将其应用于水泥工业中作为氮氧化物还原剂，替代目前使用的高能还原剂氨水是一项前景广阔，具有重大经济、社会效益的重要研究目标。

然而，申请人发现，通过仔细选择脱硝剂的种类和添加位置，能够显著提高脱硝工艺的效率，改善脱硝效果，并降低脱硝成本。

发明内容