水泥窑炉NOx形成和控制的研究

论文摘要

NOx是水泥窑炉排放的主要污染物之一,对大气环境具有极其严重的危害。2007年最新普查结果显示,新型干法水泥窑NOx排放浓度大于800mg/Nm3的占13%,大于500mg/Nm3小于800mg/Nm3的占57%。按目前水泥产量计算,全国水泥制造业年排放NOx约170万吨（1吨NOx所引起的温室效应相当于200多吨CO2）,占全国NOx总排放量的40%以上。本课题以新型干法水泥生产工艺原理为基础,研究水泥熟料形成过程中NOx的形成规律和影响因素,探索降低NOx形成量的水泥窑炉燃烧条件和对水泥窑炉废气中NOx固化、吸收和还原的方法,指导水泥窑炉NOx减排技术的研发和应用;根据催化剂的起活温度以及最佳反应温度选择适当的催化剂进行催化还原研究,以期得到中低温催化活性较高,还原效率较高的催化剂。对于水泥回转窑NOx的形成规律和分布,本论文运用流体力学理论以及数值模拟技术,结合水泥熟料形成过程特点,模拟研究水泥窑炉内NOx生成机理以及分布规律。根据模拟结果,水泥回转窑内NO生成主要为热力型NO和燃料型NO,燃料型NO主要在窑头的烧成带和分解带产生,热力NO主要产生于高温烧成带,这与现有的理论相符合;在探索降低水泥窑炉NOx的方法中,主要研究了固化法和还原法,固化法采用的方法是在煤粉、生料以及煤粉和生料的混合物中加入适当的化学物质,以期该化学物质与生成的烟气中的NOx发生反应生成含氮盐类,实验证明,这3种方法中在煤粉中加入化学物质能较好的固氮:煤粉中加入KOH主要生成K3NO5、K3NO4,煤粉中加入K2CO3主要生成KN3,煤粉中加入K2SO4主要生成K4O（NO2）2、KNO2。对于还原法,研究了2条思路,分别是在生料中加入还原剂和在生料中加入还原剂和催化剂,生料中加入煤粉作为还原剂的效果比加入活性炭作为还原剂的效果要好。生料中加入煤粉在750℃时的脱硝效率已经达到了100%,而在这个温度,生料中加入活性炭的脱硝效率只有9.0%。生料中与还原剂的混合物中加入适量的催化剂,能加速还原剂对NO的还原速率,根据实验结果得出,还原剂相同催化剂不同时,V2O5、CuO作为催化剂的效果较好,催化剂相同还原剂不同时,煤粉作为还原剂的效果较好。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• X 的产生与危害'>1.1 NO_X的产生与危害
• X 的形成'>1.2 水泥窑炉NO_X的形成
• X 的产生状况'>1.2.1 水泥窑炉NO_X的产生状况
• X 的类型及形成机理'>1.2.2 水泥窑炉中NO_X的类型及形成机理
• X 处理技术的研究进展'>1.3 NO_X处理技术的研究进展
• 1.3.1 燃烧中的控制技术
• 1.3.2 燃烧后的控制技术
• X 处理技术存在的问题'>1.4 现有NO_X处理技术存在的问题
• 1.5 本论文研究思路与研究内容
• X 形成机理的研究'>第2章 水泥窑NO_X形成机理的研究
• 2.1 研究方法
• 2.1.1 CFD 技术现状
• 2.1.2 CFD 方法的优点
• 2.1.3 CFD 研究主要包括的内容
• 2.1.4 CFD 研究遵循的步骤
• X 的形成'>2.2 水泥生产工艺流程与NO_X的形成
• 2.2.1 水泥生产工艺流程
• X 输运的控制方程组'>2.2.2 NO_X输运的控制方程组
• X 模型的设置及求解结果'>2.3 回转窑NO_X模型的设置及求解结果
• X 模型求解结果'>2.3.1 回转窑燃料型NO_X模型求解结果
• 2.3.2 回转窑内热力型NO 模型求解结果
• 2.4 本章小结
• X'>第3章 固化法处理水泥窑炉中的NO_X
• X 的研究'>3.1 煤粉-固氮剂固化NO_X的研究
• 3.1.1 实验原料和仪器
• 3.1.2 实验方法
• 3.1.3 实验结果及分析
• X 的研究'>3.2 生料-固氮剂固化NO_X的研究
• 3.2.1 实验原料和仪器
• 3.2.2 实验方法
• 3.2.3 实验结果及分析
• X 的研究'>3.3 生料-煤粉-固氮剂固化NO_X的研究
• 3.3.1 实验原料和仪器
• 3.3.2 实验方法
• 3.3.3 实验结果及分析
• 3.4 本章小结
• X'>第4章 还原法处理水泥窑炉中的NO_X
• X 的研究'>4.1 生料-还原剂还原NO_X的研究
• 4.1.1 实验原料和仪器
• 4.1.2 实验方法
• 4.1.3 实验结果及分析
• X 的研究'>4.2 生料-还原剂-催化剂还原NO_X的研究
• 4.2.1 实验原料和仪器
• 4.2.2 实验方法
• 4.2.3 实验结果及分析
• 4.3 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢