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淺談水泥窯SCR煙氣脫硝技術(shù)

發(fā)布時(shí)間:2021-01-17人氣:144

我國(guó)非電力行業(yè)(鋼鐵、建材、有色等)產(chǎn)能占世界的50%以上,大氣污染物排放總量位居各排放源之首,而水泥工業(yè)是繼電力、鋼鐵之后的NOx第三大排放源。同時(shí),中國(guó)建筑材料聯(lián)合會(huì)發(fā)布《2019年水泥行業(yè)大氣污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)實(shí)施方案》,實(shí)施方案要求污染物在達(dá)標(biāo)排放的基礎(chǔ)上,2+26個(gè)城市2019年底主要污染物排放達(dá)到:顆粒物≤10mg/Nm3;氮氧化物≤100 mg/Nm3;二氧化硫:≤50 mg/Nm3;各地方政府紛紛響應(yīng)出臺(tái)更加嚴(yán)苛的政策和地方標(biāo)準(zhǔn),同時(shí)要求氨逃逸≤8mg/Nm3,因此水泥窯NOx深度減排工作勢(shì)在必行。
1、水泥行業(yè)脫硝現(xiàn)狀
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展以及水泥窯煙氣NOx排放標(biāo)準(zhǔn)的不斷收嚴(yán),水泥窯煙氣脫硝歷經(jīng)SNCR技術(shù)、低氮燃燒器技術(shù)、分解爐分級(jí)燃燒技術(shù)等,它們建設(shè)費(fèi)用低,性能良好,因此受到廣泛應(yīng)用,目前大部分水泥生產(chǎn)線已同時(shí)安裝上述脫硝設(shè)備,NOx得到有效控制。但從實(shí)際情況來看,這些技術(shù)自身雖然具備不同的優(yōu)勢(shì),但也受到技術(shù)本身的限制,在排放標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)一步收嚴(yán)后難以保證NOx超低排放的同時(shí)滿足氨逃逸≤8mg/Nm3的標(biāo)準(zhǔn)。
2、水泥窯SCR技術(shù)
SCR脫硝技術(shù)是指在催化劑的作用下,利用還原劑(氨水、尿素等)來有選擇性的與煙氣中的NOx反應(yīng)生成N2和H2O,理論上,SCR與SNCR技術(shù)原理相同,SCR技術(shù)由于催化劑的作用,反應(yīng)溫度降低至280℃-350℃,同時(shí)反應(yīng)器內(nèi)煙氣流場(chǎng)及溫度場(chǎng)均勻,脫硝效率高達(dá)90%以上,氨逃逸也得到有效控制。
因此,在水泥窯現(xiàn)有SNCR+分級(jí)燃燒的基礎(chǔ)上加裝SCR是NOx實(shí)現(xiàn)超低排放的穩(wěn)定保障。
目前水泥窯SCR技術(shù)分為三種不同的溫度區(qū)間,高溫SCR(280℃-350℃)、中溫SCR(180℃-260℃)、低溫SCR(80℃-150℃),高溫SCR布置在預(yù)熱器C1出口和余熱鍋爐之間,中溫SCR布置在余熱鍋爐和高溫風(fēng)機(jī)之間或者高溫風(fēng)機(jī)和生料磨之間,低溫SCR布置在窯尾布袋除塵后。
3、水泥窯SCR應(yīng)用的難點(diǎn)
水泥窯煙氣中粉塵含量高、粉塵粒徑細(xì)、成分中大部分為CaO、CaCO3、SiO2,催化劑易磨損、易堵塞;
粉塵中含CaO、Na2O、K2O等、部分摻燒垃圾或固廢的水泥窯煙氣成分更為復(fù)雜,催化劑易堿金屬中毒;
采用中溫SCR和低溫SCR時(shí),煙氣中的SO2、SO3會(huì)使催化劑中毒,造成催化劑低溫失活;
現(xiàn)有水泥窯設(shè)備布置緊湊,SCR脫硝改造占地面積較大,布置困難;
4水泥窯SCR各技術(shù)對(duì)比
目前水泥窯SCR技術(shù)主要分為高溫高塵、高溫中塵、高溫低塵、中溫中塵、中溫低塵、低溫低塵這六種工藝路徑。
水泥窯SCR各工藝技術(shù)指標(biāo)對(duì)比表

5、國(guó)內(nèi)外水泥窯SCR業(yè)績(jī)
根據(jù)相關(guān)資料調(diào)研,國(guó)外早在2006年意大利Moncelice水泥廠采用SCR工藝進(jìn)行脫硝,粉塵在100g/Nm3左右,煙氣溫度330℃,屬于高溫高塵SCR工藝,NOx從初始1200mg/Nm3降至400mg/Nm3,氨逃逸小于5mg/Nm3;2010年德國(guó)Mergelstetten水泥廠、2013年美國(guó)Joppa水泥廠、2017年德國(guó)WOTAN-Zement先后采用高溫高塵SCR工藝進(jìn)行脫硝治理;2012年奧地利Mannersdorf水泥廠采用高溫中塵SCR工藝,入口粉塵約20g/Nm3左右;國(guó)外水泥窯相關(guān)SCR業(yè)績(jī)均采用了高溫催化劑,已經(jīng)過長(zhǎng)期運(yùn)行的考驗(yàn)。
國(guó)內(nèi)NOx排放標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)高于國(guó)外標(biāo)準(zhǔn),目前國(guó)內(nèi)高溫高塵SCR、高溫中塵SCR已有工程應(yīng)用,脫硝效果良好,能穩(wěn)定運(yùn)行,部分工藝細(xì)節(jié)仍在改進(jìn)優(yōu)化;高溫低塵SCR目前沒有運(yùn)行案例,仍在推廣中;中溫中塵SCR中試運(yùn)行穩(wěn)定性不足,催化劑磨損、堵塞情況嚴(yán)重;中溫低塵SCR中試效果良好,但需對(duì)入口SO2、SO3進(jìn)行控制,防止催化劑中毒失活,暫無工程應(yīng)用;
6、總結(jié)
SCR技術(shù)在電力、鋼鐵、化工等行業(yè)已成功運(yùn)行多年,是實(shí)現(xiàn)脫硝超低排放的主要技術(shù),在國(guó)內(nèi)外均有成功應(yīng)用案例,6種SCR工藝各有其優(yōu)缺點(diǎn),從技術(shù)成熟性及運(yùn)行穩(wěn)定性上優(yōu)先考慮高溫中塵或高溫低塵工藝,該2種工藝均可穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)NOx超低排放;從經(jīng)濟(jì)性分析最佳工藝為高溫中塵SCR,建設(shè)費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用低于高溫低塵工藝,且經(jīng)過工程實(shí)踐,適應(yīng)國(guó)內(nèi)水泥窯工況環(huán)境;當(dāng)然,面對(duì)不同的水泥窯工況需因地制宜,選擇不同的SCR工藝,如部分摻燒固廢的水泥窯粉塵中堿金屬含量很高則應(yīng)采用高溫低塵工藝,降低催化劑失活風(fēng)險(xiǎn)。隨著排放標(biāo)準(zhǔn)和政策進(jìn)一步嚴(yán)格,SCR技術(shù)必將成為水泥窯脫硝主流技術(shù)。
 
 

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