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CN107551799A - 一种干法水泥窑烟气脱硫脱硝一体化的方法 - Google Patents

一种干法水泥窑烟气脱硫脱硝一体化的方法 Download PDF

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Abstract

一种干法水泥窑烟气的脱硫脱硝一体化方法，属于水泥工业烟气污染物控制技术领域。本发明首先将稻壳灰和电石渣置于60～105℃的温度下干燥12～24h；然后将稻壳灰和电石渣按照不同的体积比(1:1～9:1)混合均匀；最后在800～900℃，氧气浓度为1％～5％的条件下,利用稻壳灰和电石渣进行SO2和NOx的同时脱除。其中，电石渣可以作为水泥原料进行配比，同时稻壳灰中的氧化物灰分也可以作为水泥的成分，不会影响水泥的性能。并且电石渣中的Ca在脱硫的同时又能促进碳还原氮氧化物的过程，稻壳灰在利用C脱硝的同时又为脱硫脱硝提供了更大的反应空间，使反应更加充分。本发明工艺简单，吸附材料成本低，脱硫和脱硝效率高。

Description

一种干法水泥窑烟气脱硫脱硝一体化的方法
技术领域
本发明属于水泥工业烟气污染物控制技术领域，具体涉及一种利用电石渣/稻壳灰复合添加剂在水泥窑分解炉实现脱硫脱硝一体化的方法。
背景技术
SO2和NOx是水泥工业窑炉尾气中主要的大气污染物，是造成酸雨的主要原因，除此之外，NOx还会造成雾霾、光化学污染和温室效应等一系列环境问题。随着环保要求的不断提高，《水泥工业大气污染物排放标准》(GB 4915-2013)中规定：一般地区SO2和NOx排放限制分别为200mg/m3、400mg/m3，重点地区SO2和NOx排放限制分别为100mg/m3、320mg/m3，需要严格控制SO2和NOx排放。因此找到有效降低水泥工业SO2和NOx排放的方法至关重要。
目前水泥行业普遍是对SO2和NOx进行分别脱除。现阶段水泥行业的脱硫主要有利用原料中的石灰石吸收SO2的自减排技术和包括干法、湿法、半干法以及复合脱硫技术等额外的SO2减排技术，但现有的脱硫技术大都存在脱硫效率低、设备投资大或者运行成本高等问题。另一方面，现在主要的脱硝方法有选择性催化还原技术(SCR)和选择性非催化还原技术(SNCR)，而这两种技术都需要使用氨气或尿素作为还原剂，因此需要额外的储氨(尿素)和喷氨(尿素)装置，且还会出现氨逃逸现象，造成二次污染。目前采用的脱硫脱硝一体化技术大多是脱硫、脱硝两种方式的联合，即SO2和NOx分别处理。联合的脱硫脱硝技术存在固定投资高，流程复杂，运行操作复杂，运行维护费用高等问题。烟气脱硫脱硝一体化技术可以在同一套系统内同时实现脱硫与脱硝，缩短流程，设备精简，占地面积小，基建投资少，运行管理方便和生产成本低等优点，已成为大气污染控制领域中前沿性的研究方向。
活性炭在O2和水蒸气存在的条件下，吸附烟气中的SO2产生硫酸后被加热或洗涤再生而循环使用。需在活性炭吸收脱硫系统中加入NH3才可同时脱除NOx。活性炭法由于能够同时去除烟气中的二氧化硫和氮氧化物、吸附剂可以再生等优点而受到广泛的关注。但其市场成本高，难以满足大规模工业化使用的需要。脱除反应温度低，最佳的反应温度为100～200℃，不适用于水泥工业，并且需加入氨气才能达到脱硝效果，工艺复杂。因此寻找价格低廉而吸附效果好的吸附剂一直为各国研究人员所努力。电石渣作为难以处理的工业废弃物对周边环境的污染较为严重。利用电石渣代替石灰石作为烟气脱硫钙基脱硫剂，既减少石灰石的大量开采，又能对电石渣废物利用,同时解决环境污染问题。现有的研究表明，在脱硫反应中电石渣的反应活性优于石灰石，并且电石渣在受热分解时水分逸出使生成的CaO有较多孔隙，有利于气－固相反应进行，具有很好的脱硫效果。电石渣较为适宜的燃烧温度在900℃左右，此时的固硫效率高，该温度符合水泥窑分解炉的温度。稻壳灰是稻壳燃烧后的主要副产物，富含无定形二氧化硅和碳，也是农业上产生的主要垃圾。其价格低廉，数量庞大，比表面积高，因此反应活性也较高，具有一定的利用价值。使用稻壳灰不仅能显著提高工业化的发展，同时也能够保护环境不受污染。电石渣和稻壳灰能够以很低的成本达到很高的经济效益，是实现水泥窑烟气脱硫脱硝一体化的优质原料。
发明内容
本发明的目的在于提出一种利用电石渣/稻壳灰复合添加剂在水泥窑分解炉实现脱硫脱硝一体化的方法。可以有效同时脱除SO2和NOx。该制剂制备简单，操作方便，能够同时脱硫脱硝，并具有很好的脱除效果。
本发明采用的具体技术方案如下：
一种干法水泥窑烟气脱硫脱硝一体化的方法，其特征在于，包括以下步骤：首先将稻壳灰和电石渣置于60-105℃的温度下干燥12～24h；然后将干燥后的稻壳灰和电石渣按照稻壳灰和电石渣的体积比在1:1～9:1之间混合均匀；最后在氧气体积百分比浓度为1％～5％，1000ppmNO、2000ppmSO2、N2为平衡气，总气体流速为900ml/min，800～900℃的条件下，利用稻壳灰和电石渣进行SO2和NOx的同时脱除。
进一步，在稻壳灰和电石渣体积比为3:1，氧气体积百分比浓度为1％～5％，，温度为900℃时进行SO2和NOx的同时脱除。
其中，电石渣可作为水泥原料进行配比，同时稻壳灰中的氧化物灰分也可作为水泥的成分，不会影响水泥的性能。
其中，电石渣脱硫原理：
Ca(OH)2→CaO+H2O (1)
CaO+SO2→1/2O2+CaSO4 (2)
CaCO3→CaO+CO2 (3)
CaO+SO2→CaSO3 (4)
碳质材料脱硝原理：
C+NO→CO+1/2N2 (5)
C+2NO→CO2+N2 (6)
CO+NO→CO2+1/2N2 (7)
本发明的效果是：
(1)利用电石渣高效吸收SO2气体的同时，由于稻壳灰具有高比表面积可以为反应提供更多的空间和场所，从而提高SO2的吸收率；利用稻壳灰中的碳还原氮氧化物的同时，由于研究表明Ca可以促进C-NO反应进行，CaO被认为是催化C-NO反应的高活性物质，因此电石渣的主要成分CaO为还原氮氧化物起到了一定的催化作用；在该体系中脱硫与脱硝反应相互促进，能够达到很好得脱除效果。
(2)将电石渣和稻壳灰的混合材料加入到水泥窑分解炉时无需对现有水泥窑炉进行改造、投资成本低、操作简单。电石渣和稻壳灰都是废渣，在脱硫脱硝的同时也解决了废渣的处理问题，环境效益显著。
(3)添加电石渣和稻壳灰不会对水泥原料的组成产生影响，能够保证水泥窑正常运行，对水泥熟料的性能也不会产生不良影响。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。
首先将稻壳灰和电石渣置于60-105℃的温度下干燥12～24h；以下实施例的壳灰和电石渣都是干燥后的。
实施例1
在烟气条件为1000ppmNO、2000ppmSO2、1％O2，N2为平衡气，总气体流速为900ml/min，温度条件为800℃时，将稻壳灰和电石渣按9:1的体积比混合均匀后加入到直径为3cm的管式炉中，脱硝率达到63.7％，脱硫率达到93.7％。
实施例2
在烟气条件为1000ppmNO、2000ppmSO2、1％O2，N2为平衡气，总气体流速为900ml/min，温度条件为900℃时，将稻壳灰和电石渣按9:1的体积比混合均匀后加入到直径为3cm的管式炉中，脱硝率达到63.2％，脱硫率达到95.4％。
实施例3
在烟气条件为1000ppmNO、2000ppmSO2、1％O2，N2为平衡气，总气体流速为900ml/min，温度条件为800℃时，将稻壳灰和电石渣按6:1的体积比混合均匀后加入到直径为3cm的管式炉中，脱硝率达到60.2％，脱硫率达到94.1％。
实施例4
在烟气条件为1000ppmNO、2000ppmSO2、1％O2，N2为平衡气，总气体流速为900ml/min，温度条件为900℃时，将稻壳灰和电石渣按6:1的体积比混合均匀后加入到直径为3cm的管式炉中，脱硝率达到60.2％，脱硫率达到96.2％。
实施例5
在烟气条件为1000ppmNO、2000ppmSO2、1％O2，N2为平衡气，总气体流速为900ml/min，温度条件为800℃时，将稻壳灰和电石渣按3:1的体积比混合均匀后加入到直径为3cm的管式炉中，脱硝率达到78.4％，脱硫率达到97.5％。
实施例6
在烟气条件为1000ppmNO、2000ppmSO2、1％O2，N2为平衡气，总气体流速为900ml/min，温度条件为900℃时，将稻壳灰和电石渣按3:1的体积比混合均匀后加入到直径为3cm的管式炉中，脱硝率达到79.3％，脱硫率达到98.7％。
实施例7
在烟气条件为1000ppmNO、2000ppmSO2、1％O2，N2为平衡气，总气体流速为900ml/min，温度条件为800℃时，将稻壳灰和电石渣按1:1的体积比混合均匀后加入到直径为3cm的管式炉中，脱硝率达到62.8％，脱硫率达到97.1％。
实施例8
在烟气条件为1000ppmNO、2000ppmSO2、1％O2，N2为平衡气，总气体流速为900ml/min，温度条件为900℃时，将稻壳灰和电石渣按1:1的体积比混合均匀后加入到直径为3cm的管式炉中，脱硝率达到60.2％，脱硫率达到98.3％。
实施例9
在烟气条件为1000ppmNO、2000ppmSO2、2％O2，N2为平衡气，总气体流速为900ml/min，温度条件为900℃时，将稻壳灰和电石渣按3:1的体积比混合均匀后加入到直径为3cm的管式炉中，脱硝率达到75.2％，脱硫率达到97.3％。
实施例10
在烟气条件为1000ppmNO、2000ppmSO2、3％O2，N2为平衡气，总气体流速为900ml/min，温度条件为900℃时，将稻壳灰和电石渣按3:1的体积比混合均匀后加入到直径为3cm的管式炉中，脱硝率达到73.6％，脱硫率达到97.8％。
实施例11
在烟气条件为1000ppmNO、2000ppmSO2、4％O2，N2为平衡气，总气体流速为900ml/min，温度条件为900℃时，将稻壳灰和电石渣按3:1的体积比混合均匀后加入到直径为3cm的管式炉中，脱硝率达到73.4％，脱硫率达到98.2％。
实施例12
在烟气条件为1000ppmNO、2000ppmSO2、5％O2，N2为平衡气，总气体流速为900ml/min，温度条件为900℃时，将稻壳灰和电石渣按3:1的体积比混合均匀后加入到直径为3cm的管式炉中，脱硝率达到71.7％，脱硫率达到98.6％。
表1各实施例的脱硫脱硝率

Claims (2)

1.一种干法水泥窑烟气脱硫脱硝一体化的方法，其特征在于，包括以下步骤：首先将稻壳灰和电石渣置于60-105℃的温度下干燥12～24h；然后将干燥后的稻壳灰和电石渣按照稻壳灰和电石渣的体积比在1:1～9:1之间混合均匀；最后在氧气体积百分比浓度为1％～5％，1000ppmNO、2000ppmSO2、N2为平衡气，总气体流速为900ml/min，800～900℃的条件下，利用稻壳灰和电石渣进行SO2和NOx的同时脱除。
2.按照权利要求1所述的一种干法水泥窑烟气脱硫脱硝一体化的方法，其特征在于：在稻壳灰和电石渣体积比为3:1，氧气体积百分比浓度为1％～5％，，温度为900℃时进行SO2和NOx的同时脱除。
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