Reduction of nitrogen oxide emissions in lime kiln
Hakkarainen, Timo (2014)
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2014120452132
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2014120452132
Tiivistelmä
Different nitrogen oxide removal technologies for rotary lime kiln are studied in this thesis, the main focus being in commercial technologies. Post-combustion methods are investigated in more detail as potential possible NOx removal with combustion methods in rotary lime kiln is more limited or primary methods are already in use. However, secondary methods as NOx scrubber, SNCR or SCR technologies are not listed as the Best Available Technologies defined by European Union. BAT technologies for NOx removal in lime kiln are (1) Optimised combustion and combustion control, (2) Good mixing of fuel and air, (3) Low-NOx burner and (4) Fuel selection/low-N fuel.
SNCR method is the most suitable technique for NOx removal in lime kiln when NOx removal from 50 % to 70 % is required in case primary methods are already in use or cannot be applied. In higher removal cases ammonia slip is an issue in SNCR. By using SCR better NOx reduction can be achieved but issues with catalyst materials are expected to arise because of the dust and sulphur dioxide which leads to catalyst poison formation in lower flue gas temperatures. NOx scrubbing has potential when simultaneous NOx and SO2 removal is required. The challenge is that NO cannot be scrubbed directly, but once it is oxidized to NO2 or further scrubbing can be performed as the solubility of NO2 is higher. Commercial installations have not been made regarding SNCR, SCR or NOx scrubbing regarding rotary lime kiln. For SNCR and SCR the closest references come from cement industry. Tässä diplomityössä kartoitetaan erilaiset typenoksidienvähennystekniikat keskittyen pääasiassa kaupallisiin tekniikoihin. Sekundäärisiä menetelmiä tarkastellaan tarkemmin, sillä mahdollisuudet typenoksidien poistoon polttoteknisin keinoin meesauunissa ovat rajallisemmat tai primäärimenetelmillä saavutettavissa oleva reduktio on jo tehty. On huomionarvoista, että SNCR- tai SCR-menetelmät eivät tällä hetkellä edusta Euroopan Unionin määrittelemää parasta saatavilla olevaa teknologiaa. BAT-tekniikkaa ovat (1) optimoitu palaminen ja palamisen hallinta, (2) polttoaineen ja ilman huolellinen sekoittaminen, (3) Low-NOx-polttimet ja (4) polttoaineen valinta/vähän typpeä sisältävä polttoaine.
SNCR-menetelmä on soveltuvin tekniikka tavoiteltaessa 50…70 % NOx-reduktiota, mikäli primääriset keinot ovat jo käytössä tai niiden käyttö ei ole mahdollista. Haluttaessa suurempi NOx-reduktio ammoniakkipäästö kasvaa merkittäväksi SNCR-menetelmässä. SCR-menetelmää käyttämällä voidaan saavuttaa parempi NOx-reduktio, mutta soveltuvan katalyyttimateriaalin löytäminen meesauunin pölyisiin olosuhteisiin on haastavaa. Lisäksi savukaasujen rikkidioksidipitoisuus johtaa katalyytille haitallisten yhdisteiden syntyyn. NOx-pesuri on potentiaalinen vaihtoehto, kun vaaditaan samanaikaista typen- ja rikinoksidien poistoa. Haasteena NOx-pesussa on se, että NO:n liukoisuus on vähäinen ja se tulee hapettaa ensin typpidioksidiksi tai edelleen hapettuneenpiin muotoihin, jotta peseminen on mahdollista. Kaupallisen tason asennuksia ei ole tehty SNCR- tai SCR-järjestelmien eikä NOx-pesurin osalta meesauuneille. SNCR- ja SCR-tekniikoiden osalta lähimmät referenssit ovat sementtiteollisuudesta.
SNCR method is the most suitable technique for NOx removal in lime kiln when NOx removal from 50 % to 70 % is required in case primary methods are already in use or cannot be applied. In higher removal cases ammonia slip is an issue in SNCR. By using SCR better NOx reduction can be achieved but issues with catalyst materials are expected to arise because of the dust and sulphur dioxide which leads to catalyst poison formation in lower flue gas temperatures. NOx scrubbing has potential when simultaneous NOx and SO2 removal is required. The challenge is that NO cannot be scrubbed directly, but once it is oxidized to NO2 or further scrubbing can be performed as the solubility of NO2 is higher. Commercial installations have not been made regarding SNCR, SCR or NOx scrubbing regarding rotary lime kiln. For SNCR and SCR the closest references come from cement industry.
SNCR-menetelmä on soveltuvin tekniikka tavoiteltaessa 50…70 % NOx-reduktiota, mikäli primääriset keinot ovat jo käytössä tai niiden käyttö ei ole mahdollista. Haluttaessa suurempi NOx-reduktio ammoniakkipäästö kasvaa merkittäväksi SNCR-menetelmässä. SCR-menetelmää käyttämällä voidaan saavuttaa parempi NOx-reduktio, mutta soveltuvan katalyyttimateriaalin löytäminen meesauunin pölyisiin olosuhteisiin on haastavaa. Lisäksi savukaasujen rikkidioksidipitoisuus johtaa katalyytille haitallisten yhdisteiden syntyyn. NOx-pesuri on potentiaalinen vaihtoehto, kun vaaditaan samanaikaista typen- ja rikinoksidien poistoa. Haasteena NOx-pesussa on se, että NO:n liukoisuus on vähäinen ja se tulee hapettaa ensin typpidioksidiksi tai edelleen hapettuneenpiin muotoihin, jotta peseminen on mahdollista. Kaupallisen tason asennuksia ei ole tehty SNCR- tai SCR-järjestelmien eikä NOx-pesurin osalta meesauuneille. SNCR- ja SCR-tekniikoiden osalta lähimmät referenssit ovat sementtiteollisuudesta.