水泥窑尾烟气尘硝协同处置工艺及系统

摘要

本发明涉及水泥窑尾烟气的尘硝(即粉尘颗粒物和氮氧化物)处理，特别涉及水泥窑尾烟气尘硝协同处置工艺及系统。水泥窑尾烟气尘硝协同处置工艺，包括SNCR处理步骤、SCR处理步骤，SNCR处理步骤是通过向分解炉顶部的出气口位置加入还原剂实现，还原剂的加入量能够同时满足进行SNCR处理和SCR处理的还原剂需求；然后，使加入了还原剂的烟气通过多级预热器，再以260℃以上的温度依次进入除尘模块、SCR处理模块，在260℃以上的温度下进行SCR处理步骤，除尘模块的耐热温度高于260℃。本发明能够解决现有技术难以满足水泥生产过程中的烟气净化要求的问题。

说明书

技术领域

本发明涉及水泥窑尾烟气的尘硝(即粉尘颗粒物和氮氧化物)处理，特别涉及水泥窑尾烟气尘硝协同处置工艺及系统。

背景技术

水泥工业是一项高污染、高能耗产业，其粉尘颗粒物、氮氧化物排放均占工业领域污染排放的较大比例，是国家重点治理的行业。由于历史原因，水泥行业大气污染物治理是一个循序渐进的治理过程。早年只治理粉尘颗粒物污染，在水泥窑尾生产工艺末端装电除尘器，后来随着排放标准提高，更换为袋式除尘器，可以满足30mg/Nm

目前常见的SCR脱硝工艺包括以下几种：1、高温高尘脱硝工艺，采用板式催化剂，催化剂体积庞大，同时由于存在高浓度粉尘磨损、堵塞催化剂以及碱金属粒子引起催化剂中毒等问题，催化剂寿命较短；如授权公告号为CN214552547U的中国实用新型专利公开的一种前置式水泥窑高温高尘烟气SCR脱硝装置采用的脱硝工艺，上述专利中的脱硝装置包括依次连接的回转窑、分解炉、多级预热器，多级预热器的烟气出气管道接入SCR脱硝反应系统；生产时，从多级预热器出来后的烟气(温度约为320℃～360℃，含尘量约为100g/Nm

另外，现有技术中还有SNCR+SCR脱硝工艺，在原有的SNCR处理步骤部位和后加的SCR处理步骤部位均加装喷氨系统，减轻SCR系统压力，但是容易造成氨逃逸(作为还原剂的氨未被充分利用，随烟气排放)超标，引起新的环境污染，并造成还原剂(氨)浪费。

综上，目前的脱硝工艺和脱硝装置均难以满足水泥生产过程中的烟气净化要求。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种水泥窑尾烟气尘硝协同处置工艺，解决现有的处置工艺难以满足水泥生产过程中的烟气净化要求的问题；本发明的另一个目的是提供水泥窑尾烟气尘硝协同处置系统，解决现有的处置系统难以满足水泥生产过程中的烟气净化要求的问题。

本发明中水泥窑尾烟气尘硝协同处置工艺采用如下技术方案：

水泥窑尾烟气尘硝协同处置工艺，包括SNCR处理步骤、SCR处理步骤，SNCR处理步骤是通过向分解炉顶部的出气口位置加入还原剂实现，还原剂的加入量能够同时满足进行SNCR处理和SCR处理的还原剂需求；然后，使加入了还原剂的烟气通过多级预热器，再以260℃以上的温度依次进入除尘模块、SCR处理模块，在260℃以上的温度下进行SCR处理步骤，除尘模块的耐热温度高于260℃。

上述技术方案的有益效果是，通过在分解炉顶部的出气口位置加入适量还原剂，即可以利用分解炉的温度环境实现SNCR处理，未反应的氮氧化物和还原剂又能够在通过多级预热器时进行充分混合，从而提高SCR反应阶段的效率，有利于减少氨逃逸；并且，除尘模块的耐热温度高于260℃，不但能够实现高温SCR处理，还能够避免粉尘颗粒物对SCR脱硝催化剂的堵塞、磨损以及碱金属粒子引起SCR脱硝催化剂中毒，从而提高SCR脱硝催化剂的寿命和SCR工艺的稳定性，从而能够解决现有的处置工艺难以满足水泥生产过程中的烟气净化要求的问题；同时，若采用经过耐高温的除尘模块处理后的烟气进行余热发电，还能够降低下游系统的阻力，使得余热发电装置的余热发电效率更高。

作为一种进一步限定的技术方案：SCR处理步骤的SCR处理温度为260至350℃。

上述进一步限定的技术方案的有益效果是，该温度区间有利于保证目前成熟的催化剂的活性，从而获得较高的脱硝效率。

作为一种进一步限定的技术方案：经过除尘模块除尘后的烟气的粉尘颗粒物浓度≤10mg/m

上述进一步限定的技术方案的有益效果是，能够更好地避免粉尘颗粒物对催化剂性能和寿命的影响。

作为一种进一步限定的技术方案：将从SCR处理模块排出的烟气排入余热发电装置，余热发电装置工作时关闭其上的输灰系统。

上述进一步限定的技术方案的有益效果是，有利于节约电能。

作为一种进一步限定的技术方案：经余热发电装置后的烟气依次从原料磨和/或选粉机以及窑尾除尘器通过，原料磨和/或选粉机关闭时，使烟气绕过原料磨和/或选粉机以及窑尾除尘器的除尘结构并排放向烟囱。

上述进一步限定的技术方案的有益效果是，绕过窑尾除尘器的除尘结构能够大大减小气流阻力，较为明显地节省相应的引风机消耗的电能，起到节能效果。

作为一种进一步限定的技术方案：通过切换支路使水泥窑尾烟气选择性地通向原料磨和/或选粉机或直接通向窑尾除尘器；窑尾除尘器的内部设有可开闭的内部通路，用于在开启时将窑尾除尘器的除尘进气口和除尘出气口直接连通，或者，窑尾除尘器的外部设有可开闭的外部通路，用于在开启时使水泥窑尾烟气绕过窑尾除尘器。

上述进一步限定的技术方案的有益效果是，便于实现烟气流向的切换和在原有设备基础上进行改造，结构简单，成本低。

本发明中水泥窑尾烟气尘硝协同处置系统采用如下技术方案：

水泥窑尾烟气尘硝协同处置系统，包括沿烟气排放路径依次布置的分解炉、多级预热器，多级预热器的下游依次设有除尘模块、SCR处理模块；除尘模块能够供260℃以上的烟气通过以使烟气能够在260℃以上的温度进行SCR处理；仅分解炉连接有还原剂供给装置，用于向分解炉供应能够同时满足SNCR处理和SCR处理所需的还原剂量的还原剂。

上述技术方案的有益效果是，通过在分解炉顶部的出气口位置加入适量还原剂，即可以利用分解炉的温度环境实现SNCR处理，未反应的氮氧化物和还原剂又能够在通过多级预热器时进行充分混合，从而提高SCR反应阶段的效率，有利于减少氨逃逸；并且，除尘模块的耐热温度高于260℃，不但能够实现高温SCR处理，还能够避免粉尘颗粒物对SCR脱硝催化剂的堵塞、磨损以及碱金属粒子引起SCR脱硝催化剂中毒，从而提高SCR脱硝催化剂的寿命和SCR工艺的稳定性，从而能够解决现有的处置系统难以满足水泥生产过程中的烟气净化要求的问题；同时，若采用经过耐高温的除尘模块处理后的烟气进行余热发电，还能够降低下游系统的阻力，使得余热发电装置的余热发电效率更高。

作为一种进一步限定的技术方案：除尘模块的除尘性能能够满足除尘后的烟气的粉尘颗粒物浓度≤10mg/m

上述进一步限定的技术方案的有益效果是，能够更好地避免粉尘颗粒物对催化剂性能和寿命的影响。

作为一种进一步限定的技术方案：所述除尘模块和SCR处理模块为一体式结构，设置在一个一体化设备上。

上述进一步限定的技术方案的有益效果是，有利于节省空间。

作为一种进一步限定的技术方案：水泥窑尾烟气尘硝协同处置系统还包括原料磨和/或选粉机、位于原料磨和/或选粉机下游的窑尾除尘器，以及用于使水泥窑尾烟气选择性地通向原料磨和/或选粉机或直接通向窑尾除尘器的切换支路；窑尾除尘器的内部设有可开闭的内部通路，用于在开启时将窑尾除尘器的除尘进气口和除尘出气口直接连通，或者，窑尾除尘器的外部设有可开闭的外部通路，用于在开启时使水泥窑尾烟气绕过窑尾除尘器。

上述进一步限定的技术方案的有益效果是，便于实现烟气流向的切换和在原有设备基础上进行改造，结构简单，成本低。

附图说明

图1是本发明中水泥窑尾烟气尘硝协同处置系统的实施例1的结构示意图；

图2是图1中尘硝一体化处理装置的结构示意图；

图3是图2的侧视图；

图4是图1中窑尾除尘器的结构示意图；

图5是图4的侧视图；

图6是图4中的窑尾除尘器处于除尘模式和内旁路模式时的工作原理对比图；

图7是本发明中水泥窑尾烟气尘硝协同处置系统的实施例2的结构示意图。

图中相应附图标记所对应的组成部分的名称为：10、回转窑；20、分解炉；21、还原剂供给装置；30、多级预热器；40、尘硝一体化处理装置；41、除尘模块；42、高温高尘进气口；43、金属滤袋；44、金属滤袋脉冲喷吹清灰装置；45、SCR处理模块；46、多层SCR脱硝催化单元；50、余热发电装置；51、高温风机；61、原料磨；62、选粉机；70、窑尾除尘器；71、滤袋室；72、净气室；73、除尘滤袋；74、除尘滤袋脉冲喷吹清灰装置；75、烟道隔板；76、内旁路阀门；77、进气烟道；78、出气烟道；79、除尘进气口；710、进气阀门；711、除尘出气口；712、出气阀门；81、第一切换阀；82、第二切换阀；84、第一旁通阀；85、第二旁通阀；86、除尘进口阀；87、除尘出口阀；90、烟囱；91、引风机。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明了，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的具体实施方式中，可能出现的术语如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何实际的关系或者顺序。而且，可能出现的术语如“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，可能出现的语句“包括一个……”等限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，可能出现的术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，或者可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，可能出现的术语“设有”应做广义理解，例如，“设有”的对象可以是本体的一部分，也可以是与本体分体布置并连接在本体上，该连接可以是可拆连接，也可以是不可拆连接。对于本领域技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下结合实施例对本发明进一步地详细描述。

本发明中水泥窑尾烟气尘硝协同处置系统的实施例1：

如图1所示，水泥窑尾烟气尘硝协同处置系统包括依次连接的分解炉20、多级预热器30、尘硝一体化处理装置40，还包括余热发电装置50、原料磨61、选粉机62和窑尾除尘器70。作为成熟的水泥生产设备和工艺，分解炉20和多级预热器30依次连接在回转窑10的出口，多级预热器30从上至下依次为C1级预热器、C2级预热器、C3级预热器、C4级预热器、C5级预热器，用于实现物料的预热，分解炉20用于实现对物料的预分解。余热发电装置50、原料磨61、选粉机62也是水泥生产工艺中的成熟设备，具体结构此处不再详细说明。窑尾除尘器70通过引风机91连接至烟囱90，实现净化后的烟气的排放。

本发明中的水泥窑尾烟气尘硝协同处置系统能够实现对烟气中粉尘颗粒物的有效除尘、对水泥窑尾烟气的SNCR处理和SCR处理，还能够提高SCR处理步骤的稳定性和SCR脱硝催化剂的寿命，并且是一种节能型水泥窑尾烟气尘硝协同处置系统，能够达到节能降耗的目的。下边对本发明中的水泥窑尾烟气尘硝协同处置系统的核心结构进行说明。

与现有技术中的SNCR+SCR处理工艺设置两套还原剂供给装置分别向SNCR和SCR脱硝工艺单独供应还原剂不同，本发明中仅在分解炉20的顶部连接还原剂供给装置21，还原剂通过喷枪直接喷到分解炉20内，使系统内SNCR处理步骤和SCR处理步骤共用同一路还原剂，简化了还原剂供给系统；同时，SNCR处理步骤去除了烟气中大量氮氧化物，降低了后面SCR处理步骤的负荷；分解炉20内未反应的氨和氮氧化物可以在经过多级预热器30时充分混合，避免了SCR处理步骤因氨和氮氧化物混合不充分而影响脱硝效率，也避免了重复供氨导致的氨逃逸超标、还原剂浪费的问题。在其他实施例中，还原剂供给装置21也可以连接到分解炉20顶部的出气口外部的烟道上。

SCR处理步骤与粉尘颗粒物的处理均是在尘硝一体化处理装置40中完成，尘硝一体化处理装置40为现有技术，例如申请公布号为CN114432860A的中国发明专利申请公开的水泥烟气硫、硝、尘协同脱除方法中采用的脱硝除尘一体化设备。本实施中的尘硝一体化处理装置包括一体设置的除尘模块41和SCR处理模块45。如图2和图3，除尘模块41采用金属袋式除尘模块41，包括位于最底部的灰斗(图中未标记，即尘硝一体化处理装置40底部的圆台形状表示的结构)、位于侧面底部的高温高尘进气口42、位于内部的金属滤袋43以及对应于金属滤袋43顶部设置的金属滤袋脉冲喷吹清灰装置44。金属袋式除尘模块41的基本架构与现有技术中的袋式除尘器相同，主要区别在于将现有的化纤滤袋替换为了金属滤袋43，从而能够实现耐高温性能，可以满足SCR处理步骤处于260-350℃最佳催化还原反应温度区间，保证较高的脱硝效率。金属滤袋43的结构为现有技术，例如申请公布号为CN112957842A的中国发明专利申请中公开的袋式除尘器采用的金属滤袋43、授权公告号为CN216259711U的中国实用新型专利中公开的一种新型扁带金属滤袋43。金属滤袋脉冲喷吹清灰装置44用于对滤袋进行气体喷吹以实现清理，其结构也为现有技术。SCR处理模块45设置在除尘模块41的上方，内部设有多层SCR脱硝催化单元46，其结构也为现有技术。除尘模块41和SCR处理模块45采用一体化结构能够适应极为窑尾极为紧张的布置空间，减少占地面积，并且简化了管路连接。袋式除尘模块41能够去除烟气中绝大部分粉尘颗粒物，除尘后的烟气的粉尘颗粒物浓度≤10mg/m

另外，经过尘硝一体化处理装置40除尘、脱硝后的烟气的粉尘颗粒物和氮氧化物能够实现低排放，避免了氮氧化物对下游设备的腐蚀。由于烟气中的粉尘颗粒物显著降低，也能够降低下游系统的阻力，使得余热发电装置50的余热发电效率更高，底部不会有粉尘聚集，余热发电装置50附带的输灰系统不需开放，能够节约电能。

经过余热发电装置50进行余热发电后的烟气，经过高温风机51后分为两个支路，形成三通支路形式的切换支路，用于实现烟气通向原料磨61和直接通向窑尾除尘器70的切换。第一切换支路上设有原料磨61、选粉机62，第一切换支路的首尾两端分别设有一处第一切换阀81，第二切换支路上设有第二切换阀82。第一切换支路与第二切换支路为并联支路，末端均连接至窑尾除尘器70。窑尾除尘器70的内部设有用于将窑尾除尘器70的进气口和出气口直接连通的内部通路，具体地：如图4和图5，窑尾除尘器70包括位于最底部的灰斗、位于窑尾除尘器70内部的前后两侧的滤袋室71，以及位于各滤袋室71顶部的净气室72，滤袋室71内设有除尘滤袋73，滤袋顶部设有对应于滤袋内腔的除尘滤袋脉冲喷吹清灰装置74；两滤袋室71之间的空间被倾斜的烟道隔板75分隔为进气烟道77和出气烟道78，进气烟道77上设有除尘进气口79，进气烟道77与滤袋室71之间设有进气阀门710，出气烟道78上设有除尘出气口711，出气烟道78与净气室72之间设有出气阀门712；烟道隔板75上设有内旁路阀门76，内旁路阀门76可以为沿垂直于烟道隔板75的板面的轴线转动布置的摆动开启式阀门、沿烟道隔板75的板面平移开启的平移开启式阀门、沿平行于烟道隔板75的板面的轴线转动布置的转动开启式阀门等。上述结构除内旁路阀门76之外均为现有技术，可以在现有的窑尾除尘器70的基础上改造而成。

上述水泥窑尾烟气尘硝协同处置系统的工作过程如下：

通过还原剂供给装置21的喷枪向分解炉20内喷洒适量脱硝还原剂氨水，在分解炉20内进行SNCR非催化还原反应，将分解炉20内的烟气中大部分氮氧化物还原成氮气和水，使烟气中的氮氧化物浓度降低至400mg/m

如图6，原料磨61、选粉机62开启时，第一切换阀81开启，第二切换阀82关闭，烟气从第一切换阀81经过，依次进入原料磨61、选粉机62对物料进行预热并从第二切换阀82排向窑尾除尘器70。由于预热的过程会导致烟气中再次产生粉尘，此时将内旁路阀门76关闭、进气阀门710和出气阀门712开启，除尘进气口79进入的烟气进入滤袋室71对粉尘进行过滤，过滤后进入净气室72并通过除尘出气口711排出，经过引风机91后由烟囱90排放。

原料磨61、选粉机62关闭时，第一切换阀81关闭，第二切换阀82开启，烟气从第二切换阀82经过，由于烟气经过尘硝一体化处理装置40除尘后烟气的粉尘颗粒物已经能够实现低排放，且烟气不进入原料磨61、选粉机62时也不会再次产生粉尘、不需再次除尘，此时烟气直接排向窑尾除尘器70，窑尾除尘器70上的内旁路阀门76开启、进气阀门710和出气阀门712关闭，除尘进气口79进入的烟气从内旁路阀门76通过后直接从除尘出气口711排出，经过引风机91后由烟囱90排放。由于烟气不需经过滤袋室71和滤袋，相较于常规袋式除尘器需要从滤袋室71和滤袋中通过，烟气在窑尾除尘器70内的阻力能够由1200Pa降低至不高于200Pa，显著降低了引风机91的负荷，能够起到明显的节约电耗的作用。以5000吨/天的水泥生产线为例，每年可节省的电量约为250万度，能够实现较为明显的节能降耗。

本发明中水泥窑尾烟气尘硝协同处置系统的实施例2：

本实施例与实施例1的不同之处在于：实施例1中，窑尾除尘器70的内部设有用于将窑尾除尘器70的除尘进气口79和除尘出气口711直接连通的内部通路。而本实施例中，窑尾除尘器70的外部设有用于将窑尾除尘器70的除尘进气口79和除尘出气口711直接连通的外部通路。具体地，如图7，窑尾除尘器70的除尘进气口79处设有四通结构，四通结构分别与窑尾除尘器70的除尘进气口79、选粉机62、第二切换阀82、外部旁通烟道连接，与窑尾除尘器70的除尘进气口79相连的烟道上设有除尘进口阀86，外部旁通烟道上设有与除尘进气口79对应的第一旁通阀84、与除尘出气口711对应的第二旁通阀85，窑尾除尘器70的除尘出气口711于引风机91之间设有除尘出口阀87。烟气不需经过窑尾除尘器70时，关闭除尘进口阀86、除尘出口阀87，打开第一旁通阀84、第二旁通阀85，烟气即可直接通过引风机91排至烟囱90。上述结构可以在现有的窑尾除尘器70的基础上改造而成。

本发明中水泥窑尾烟气尘硝协同处置系统的实施例3：

本实施例与实施例1的不同之处在于：实施例1中，除尘模块41和SCR处理模块45为一体式结构，设置在一个一体化设备上。而本实施例中，除尘模块41和SCR处理模块45相互独立，分开布置，两者之间通过烟道连接。

本发明中水泥窑尾烟气尘硝协同处置工艺的实施例1：

水泥窑尾烟气尘硝协同处置工艺的实施例1即上述水泥窑尾烟气尘硝协同处置系统的实施例1工作过程，此处不再重复说明。

本发明中水泥窑尾烟气尘硝协同处置工艺的实施例2：

水泥窑尾烟气尘硝协同处置工艺的实施例2即上述水泥窑尾烟气尘硝协同处置系统的实施例2的工作过程，烟气不需经过窑尾除尘器70时，关闭除尘进口阀86、除尘出口阀87，打开第一旁通阀84、第二旁通阀85，烟气即可直接通过引风机91排至烟囱90。

本发明中水泥窑尾烟气尘硝协同处置工艺的实施例3：

水泥窑尾烟气尘硝协同处置工艺的实施例3即上述水泥窑尾烟气尘硝协同处置系统的实施例3的工作过程，此处不再重复说明。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本发明的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。