[發明專利]一種研究新型干法水泥生產分解爐內選擇性非催化還原性能的實驗裝置和實驗方法

有效

• 申請號: 201410138002.7
• 申請日: 2014-04-08
• 公開（公告）號: CN103913548A
• 公開（公告）日: 2014-07-09
• 發明（設計）人: 朱天樂;范維義;孫軼斐
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01N33/00
• 分類號: G01N33/00
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 姜榮麗

技術領域

本發明涉及一種研究新型干法水泥生產分解爐內選擇性非催化還原性能的實驗裝置和方法。

背景技術

水泥工業是我國最重要的原材料生產工業之一。由于水泥生產過程的高溫及含氮燃料的燃燒，水泥窯尾會排放大量氮氧化物。目前我國水泥行業的氮氧化物排放量僅次于火電行業和交通運輸業，成為第三大氮氧化物人工排放源。而國家水泥行業污染物排放標準對氮氧化物的排放限值也日趨嚴格。脫硝技術在水泥工業中的應用日益受到關注。我國水泥窯脫硝技術還處于起步階段，探索經濟高效的脫硝方式是這一領域的主要研究方向。

選擇性非催化還原（selective?non-catalytic?reduction,SNCR）是20世紀70年代國外學者發明的一種在適宜溫度下利用含氮還原劑還原氮氧化物的脫硝方法。該方法在火電等行業的應用已趨于成熟。在新型干法水泥窯中，分解爐的溫度和煙氣停留時間恰能滿足SNCR的工藝要求，因此人們注意到了將SNCR應用于水泥窯分解爐的可行性。國外早有應用SNCR脫硝的水泥廠的工程項目，但這些項目各自的脫硝效果差異很大。主要原因在于水泥窯分解爐內的氣相環境復雜，且含有高濃度的生料粉塵，受操作條件等因素的影響，分解爐內不同部位的條件也有顯著差異，而這些條件都會顯著影響SNCR的脫硝效果。如何使SNCR在水泥窯上的應用變得更經濟高效成為人們關注的課題。而探索水泥窯分解爐內SNCR性能的影響因素和影響方式對這一目標的實現具有指導意義。目前國內外學者關于氣相組分對SNCR的影響研究雖較多，但大多數研究并非針對水泥分解爐，所以氣氛條件與水泥生產分解爐內的氣氛并不相符，研究所得結論不完全適用于分解爐內的SNCR過程。目前關于水泥生料對SNCR的影響研究很少，且研究者采用的反應器絕大多數為固定床反應器，物料與氣體接觸時間短，并不能很好地模擬水泥分解爐內生料噴騰的情形。

發明內容

本發明旨在提供一種研究新型干法水泥生產分解爐內選擇性非催化還原性能的實驗裝置和實驗方法。所述實驗裝置的配氣參考了水泥生產分解爐內的實際氣氛條件，且可以通過改變各氣相組分的濃度來模擬分解爐內不同部位的氣氛，以考察實際工程中改變還原劑添加位置對選擇性非催化還原性能的影響。該實驗裝置的固體物料選用水泥生料中的一種或幾種組分進行配置，可考察分解爐內水泥生料中各組分對選擇性非催化還原性能的影響。與固定床試驗相比，本實驗裝置和實驗方法能更好地模擬干法水泥生產分解爐內的氣固接觸狀態，增加氣固接觸時間，使試驗所得數據與真實情況更吻合。因而本發明更具有全面性與實用性。

本發明首先提供一種用于研究新型干法水泥生產分解爐內選擇性非催化還原性能的實驗裝置，所述的實驗裝置由三部分組成，分別為配氣單元、反應單元和采樣分析單元。

配氣單元由氣源（包括空壓機和儲存各種標準氣體的氣瓶）、質量流量控制器、混合罐和蠕動泵組成。氣源中除水蒸氣以外的氣體組分來自于空壓機和氣瓶，氣源中的水蒸氣則用蠕動泵將水定量注入氣路并在高溫下汽化來提供。氣源氣體的流量由質量流量控制器精確控制?；旌瞎抻糜趯⒏鳉怏w組分充分混合。連接各部件的氣路采用聚四氟乙烯軟管或不銹鋼管，以減少管壁與氣體間的物化反應對氣體組分的影響。

反應單元由模擬分解爐的石英反應器、立式管狀電爐和控溫儀組成。石英反應器為內外套管結構，且有兩個進氣口。模擬煙氣由下端進氣口進入外管，還原性氣流由上端進氣口進入內管，兩股氣流有各自的預熱段。內管末端位于外管內部，并且內管側壁均勻開孔，內管內的氣體通過側壁開孔擴散進入外管，以使兩股氣流充分混合并進行反應。石英反應器內有承載固體物料的石英砂篩板，且石英砂篩板位于氣流混合處的上部，并固定在外管內壁與內管外壁之間。外管內向上運動的混合氣可將石英砂篩板上的固體物料吹至懸浮態。石英反應器最上部為半徑大于外管管徑的球狀氣固分離室。球狀氣固分離室頂部設置有出氣口。出氣口的末端采用標準磨砂口與后續玻璃管連接。同時出氣口也作為固體物料的加料和卸料口。石英反應器由立式管狀電爐加熱，溫度由熱電偶耦合自動控溫儀調控。

采樣分析單元由鼓泡吸收管、大氣采樣儀和煙氣分析儀組成。在靠近石英反應器下端進氣口和出氣口的位置設有氣體采樣點。氨氣用盛有定量硫酸吸收液的鼓泡吸收管和大氣采樣儀進行采樣，并用納氏試劑分光光度法進行檢測；氧氣、氮氧化物、一氧化碳、二氧化硫的濃度則由煙氣分析儀測定。

本發明還提供一種采用研究新型干法水泥生產分解爐內選擇性非催化還原性能的實驗方法，具體包括如下步驟：