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水泥窑SCR脱硝最佳可行性技术应用浅析

作者:郭勇  来源:安全管理网 
评论: 更新日期:2020年09月12日

【摘要】:对比分析现有多种水泥窑炉脱硝工艺,最成熟脱硝工艺为高温SCR脱硝技术工艺,国产化最优技术为高温中尘脱硝技术和高温低尘脱硝技术,从运行成本经济型及投资费用上分析,高温低尘脱硝工艺具有较好的优势及使用价值。

【关键字】:水泥脱硝 除尘脱硝一体化 水泥SCR脱硝技术

引言

随着我国工业化的发展及人们对生存环境的逐渐重视,人们对空气的质量要求越来越高,近几年来,我国逐渐在电力、焦化、钢铁等行业进行了烟气尾气氮氧化物的治理工作[1],氮氧化物的排放几乎达到50mg/Nm3以下的治理要求。在各行各业超净排放的背景之下,水泥窑炉将会迎来超净排放的治理趋势,2019年河南省率先提出水泥窑炉氮氧化物排放浓度不高于50mg/Nm3的低浓度排放的要求,在国家环保政策的导向之下,排放标准的逐年提高成为未来发展的大趋势。

SCR脱硝技术作为高效脱除氮氧化物的主要技术之一,此技术广泛应用于电力、焦化、钢铁、玻璃等各行业,同时此技术也是水泥行业氮氧化物治理的最优技术路线之一[2]。在国外水泥行业脱硝起步相对较早,具有一定的成功运行经验,国内水泥脱硝2019年开始实施,逐渐推广,根据近年来的水泥SCR脱硝现状进行技术分析以供参考。

1、水泥SCR脱硝技术

水泥SCR脱硝技术主要包括高温高尘脱硝技术、高温中尘脱硝技术、高温低尘脱硝技术、中低温中尘脱硝技术,低温低尘脱硝技术,技术多样性,本文针对这几种技术的特性,作相应的技术分析,以供水泥行业选择及脱硝环保路线选择。

☆1.1高温高尘脱硝技术

高温高尘技术主要兴起于欧美等发达国家,近年来,以海螺为主导引进德国蒂森克虏伯高尘高温脱硝技术工艺,此技术主要是从窑炉C1出口引出未处理的高温烟气,然后经脱硝反应器,通过特制耐磨13*13孔蜂窝催化剂,将氨气和氮氧化物反应生产无污染的氮气和水,已达到净化目的。主要工艺路线如图一所示:

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图一、高温高尘技术工艺

此工艺的主要优点在于投资费用相对较低,使用的结构单元相对简单,难点在于整个工艺的除尘系统,由于含尘量相对较大,灰尘粘性相对较高,通过催化剂很容易堵塞,因此设计合理的除尘系统成为本工艺的核心部件,蒂森克虏伯高尘SCR系统每层安装有四台清灰装置。按顺序运行的清灰系统必须确保把粉尘吹过催化剂模块,从而防止粉尘堆积或粉尘堵塞。清灰过程逐层进行,并且始终从顶部催化剂层开始除尘。清灰系统需要使用特殊要求的脉冲空气,每条窑生产线使用三台压缩机,其中的一台备用。此技术的缺点在于催化剂磨损和中毒几率较高,一旦除尘系统出现故障,整套系统处于瘫痪状态。表一为蒂森克虏伯济宁某水泥厂生产线运行状态【3】。

表一、济宁某水泥厂运行参数

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☆1.2高温中尘脱硝技术

高温中尘技术主要来源于我国在玻璃窑炉运行SCR工艺路线的改进,由于玻璃行业脱硝实行较早,技术储备和经验相对较多,根据现有的经验及设计优化,设计开发的水泥高温中尘脱硝工艺,此工艺路线主要为从C1出口引出高温烟气,经过电除尘后将烟气中的尘含量由100g/Nm3降至40-50g/Nm3的烟气环境下进行脱硝,此技术的优点在于进一步降低了尘对催化剂的影响,技术相对成熟,催化剂国产化程度高,不受国外控制,此技术的核心和高温高尘脱硝类似,在于除尘系统的设计,除尘系统为核心工艺,设计不好容易出现堵孔导致压降过高,高温风机跳闸等安全问题,同时运行和维护费用相对较高,催化剂磨损同样严重。

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图二、高温中尘技术工艺

☆1.3高温低尘脱硝技术

高温低尘脱硝工艺是近几年新研发除尘脱硝工艺,此技术主要是从C1出口引出高温烟气,经过高温金属纤维毡滤袋除尘后进入催化剂,烟气中的尘含量由100g/Nm3将至5mg/Nm3以内,以此保证催化剂在高温低尘状态下运行,项目达到超净排放要求,以此满足现有的水泥脱硝要求。

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图三、高温低尘技术工艺

此工艺的主要优点在于脱硝除尘一体化,降低的建设场地,同时除尘效果达到国家要求的超净排放要求,减少了高尘对催化剂的磨损状况,使催化剂的寿命长达5年之久,催化剂的使用量仅为高尘脱硝和中尘脱硝的1/4,减少国家对危废的处理量,资源能得到最有效的利用,催化剂堵孔故障较低,同时,超净排放标准下,预热锅炉的利用效率能够得到明显提升,在原料磨不工作前提下能够使窑尾除尘器分离不用,减少整套工艺的阻力,进一步降低整套工艺路线的运行成本,缺点是由于金属滤袋成本较高,总投资成本相对较高。以下为河南某水泥厂已经投运的高温低尘工艺的运行情况。

表二、河南某水泥厂运行数据

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通过表二我们看出高温脱除尘脱硝一体化装置能够完全适用于现有的工况条件及极端工况条件,完全能够达到国家超净排放要求,氮氧化物及粉尘含量远远低于国家排放标准,适用于各种工况条件,无二次污染产生。

☆1.4中温中尘脱硝技术

中温中尘脱硝技术主要是烟气通过余热发电后,从余热发电尾端引入脱硝反应器中,此段烟气中的含尘量会由于余热发电系统沉积,堆积在余热发电部分,导致余热发电效率降低,阻力会随着含尘量的增加逐步增加,每年需要不定期检修,耗费大量人工人力。同时,现阶段,此温度区间的催化剂技术还未成熟,主要难点在于温度较低,氨气容易和二氧化硫形成硫酸铵盐,导致催化剂中毒,降低催化剂的使用寿命。

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图四、中温中尘技术工艺

☆1.5低温低尘脱硝技术

低温低尘脱硝技术主要是烟气通过除尘器后引入脱硝反应器,此段烟气温度比较低,烟气温度多在80—150℃,烟气相对比较干净,含尘量较少,对催化剂的磨损较小,但是,由于温度较低,催化剂技术还在开发试验阶段,难以满足现阶段工艺技术要求,此技术的研发还需要一定的时间才能满足市场需要。

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图五、低温低尘技术工艺

2.各项技术工艺技术指标对比表

表三:各种工艺技术技术指标对照

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3.结论

SCR技术在电力、钢铁、化工等行业已成功运行多年,是实现脱硝超低排放的主要技术,在国内外均有成功应用案例,在水泥行业,5种SCR工艺各有其优缺点,从技术成熟性及运行稳定性上优先考虑高温中尘或高温低尘工艺,该2种工艺均可稳定实现NOx超低排放;从经济性分析最佳工艺为高温低尘SCR,建设费用和运行费用低于高温高尘及高温中尘工艺,且经过工程实践,相对最适应国内水泥窑工况环境;同时各种技术都存在相应的优缺点,同时要更具水泥窑炉的具体工况条件及现场施工条件,选择合适的工艺路线,水泥SCR脱硝必将成为水泥行业一种趋势。

参考文献:[1].苏娜,杨延安等.金属膜在高温烟气除尘领域的优势[J].中国环保产业.2016.36(2).

[2]侯力强,卢文静等.金属纤维毡在高温除尘方面的应用[J].山东化工.2015.22(44):176-179

[3]周程.国内首套高温高尘SCR脱硝系统在海螺水泥顺利投产[EB/OL].中国水泥网信息中心.2019.11.07

作者简介:郭勇(1989—) 硕士研究生 环保工程师,多年来从事环保工程工艺及脱硝催化剂技术研究工作。

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