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水泥窑烟气SCR脱硝技术和工程应用
双击自动滚屏 发布者:郑旭欢 发布时间:2021/6/7 【字体:

李海波,雷 华

(西安西矿环保科技有限公司,陕西 西安)

   摘 :随着水泥行业超低排放政策的实施,水泥窑烟气氮氧化物深度治理是实现超低排放的核心技术之一。西矿环保结合中国水泥窑工艺特点,领先开发出“高温电除尘器+SCR脱硝一体化技术”,具有低阻高效的显著优点。西矿环保在取得全国首台套水泥窑SCR脱硝技术示范工程成功投运后,共实施了14个水泥SCR脱硝工程,氮氧化物排浓度放稳定达到50mg/Nm3以下,对我国水泥氮氧化物深度减排具有重要的引领示范作用。

    1.前言  

   SCR脱硝技术在我国电力行业应用成熟,氮氧化物排放可达到50mg/Nm3以下。在煤电行业实行“超低排放”的背景下,水泥烟气污染物排放总量大特别是氮氧化物占全国工业排放总量的10~12%。《水泥工业大气污染物排放标准》(GB 4915-2013)要求氮氧化物排放限值320mg/Nm3,远高于煤电行业超低排放限值50mg/Nm3。2019年,河北省邯郸市要求不高于50mg/Nm3的氮氧化物排放要求。2020年,河北省、河南省、安徽省出台地方标准,要求水泥窑烟气氮氧化物排放浓度不高于100mg/Nm3的“超低排放”要求。 2020年,国家生态环境部[2020]340号函《重污染天气重点行业应急减排措施制定技术指南》,实行ABCD分级绩效分级,水泥行业A类企业要求NOx排放浓度收严至50mg/Nm3以下,氨逃逸小于5mg/m3以下。国家环保要求日趋严厉,水泥行业面临巨大的氮氧化物减排压力,排放标准进一步收紧是未来发展的大趋势 

  SCR脱硝技术作为全世界应用最广泛高效的氮氧化物脱除技术,是水泥行业氮氧化物治理最理想的技术路线之一。欧洲水泥行业氮氧化物深度治理技术主要是在SCR脱硝技术方面展开研究应用,取得了一定的试验和运行经验。国内水泥生产规模和工艺特点相较于欧洲有较大差异,需消化改进。

   西矿环保作为水泥行业烟气治理的领军企业,自主研发的“高温电除尘器+SCR脱硝一体化技术”,在水泥行业开展首台4500t/d水泥窑全烟气工程示范应用,顺利通过环保检测验收,且已稳定运行两年以上时间。2018年至今,西矿环保已经实施了14个水泥SCR脱硝工程,为我国水泥行业氮氧化物深度减排提供技术支撑和工程示范。

    2.水泥SCR脱硝技术路线

    对于SCR脱硝技术来说要使反应效率高效稳定,保证反应器温度窗口尤为重要。根据水泥工艺特点,水泥窑尾预热器C1出口温度280~330℃,是应用SCR脱硝最佳工艺温度段,可获得较高的脱硝效率。但工况条件恶劣,须采取改善措施,以保障SCR脱硝系统长期稳定运行。

项目

高温高尘

高温中尘

高温低尘

中温中尘

布置位置

C1与余热锅炉间

C1与余热锅炉间

C1与余热锅炉间

高温风机前/后

配置形式

SCR

高温电除尘器+SCR

金属滤袋除尘器+SCR

SCR

温度(℃)

260-350

260-350

260-350

180-220

O2含量(%)

~3

~3

~5

~5

粉尘浓度

(g/Nm3)

100

20-40

0.01-0.02

30-50

SO2允许浓度

(mg/Nm3)

>200

>200

>200

50

建议

备选

优选方案

备选

备选

    通过多项工程实践证明,选择“高温电除尘器+SCR脱硝一体化技术” 相较于其他工艺路线具有高效、稳定与运行费用低等特点,是目前水泥行业SCR脱硝的最佳选择。

    3.水泥SCR脱硝关键技术

    3.1降尘防堵

   水泥烟气中的粉尘具有浓度大、粒径小、钙质成分高的特点,降低粉尘浓度是水泥高温SCR脱硝的关键技术之一。西矿环保凭借多年在水泥和电力行业烟气治理实践经验,研发出适用水泥高温工况的电除尘器技术,有效改善催化剂冲刷和堵塞风险。高温电除尘器相对比其它除尘方式,具有低阻高效的特点。

   西矿环保高温电除尘器采用耐高温的阳极板、阴极线等专利技术,有效提高除尘器的稳定性,通过对高温放电性能、绝缘性能、机械结构等方面进行研究改进,使其在经受高温工况仍有较高除尘效率。保证SCR脱硝系统的可靠稳定运行,选用大孔径蜂窝催化剂,同时选择合适的催化剂高度,提升清灰效果,有效降低粉尘对催化剂堵塞的几率。 

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1  水泥SCR脱硝工艺流程图

    3.2高效清灰

   经过高温电除尘器预除尘之后,进入反应器的烟气仍含一定的粉尘。相对于燃煤电厂粉尘粘性较大,会在催化剂的表面和孔道内堆积,造成脱硝效率降低,阻力不断上升,甚至造成催化剂堵塞风险。为保障催化剂长期运行,采用声波吹灰器和耙式吹灰器组合吹灰方式。西矿环保经过多项工程实践,对声波吹灰器和耙式吹灰器进行技术优化,掌握核心关键技术,大幅提升组合吹灰系统的清灰性能和稳定性。

   声波吹灰器是将压缩空气蓄能转化为高强度声波,使沉积的粉尘产生震荡并处于悬浮流化状态,部分粉尘随烟气带走。耙式吹灰器是将压缩空气利用专用换热器加热后,通过可伸缩耙管的喷嘴喷出,对沉积的粉尘进行移动吹扫,保持催化剂孔道畅通,热态压缩空气可避免低温对催化剂的冷脆损坏。

    3.3水泥行业SCR催化剂研发

   水泥窑烟气粉尘中GaO等碱金属氧化物含量高,会造成催化剂产生碱金属中毒,活性大幅降低,导致脱硝效率低下。此外,水泥窑烟气脱硝温度区间较窄,且相对电厂脱硝温度,水泥窑烟气温度偏低。西矿环保与清华大学国家工程实验室开展课题研究,致力适用于水泥行业烟气脱硝的国产催化剂研发。目前应用水泥行业首台套SCR烟气脱硝示范工程的催化剂已运行两年,脱硝运行效果良好。

    3.4还原剂制备与混合

   目前水泥企业均已建成SNCR脱硝系统,可以利用现有氨站系统。SCR脱硝技术常采用蒸汽或热风将氨水蒸发为氨气,再经稀释风机稀释后利用喷氨格栅在烟道内均匀喷射,通过混合器使氨气与烟气中氮氧化物充分混合。水泥窑工艺热源短缺,没有洁净热风或富裕蒸汽等热源,电加热器能耗过大。

   结合在水泥工艺特点,西矿环保开发出氨水直接喷入工艺以及专用双流体喷枪技术,将氨水喷射与混合技术与高温除尘有机结合。适用水泥窑工艺特点的氨水蒸发与混合技术,可大幅简化工艺流程,具有降低投资成本,运行维护简便,运行能耗低等显著优势。

   西矿环保始终坚持技术创新,针对水泥污染物减排需求,全面开展水泥SCR脱硝各类关键技术的研究和应用优化,保障系统可靠运行,脱硝效率稳定,系统能耗降低。 

4.示范项目和工程应用

西矿环保自主研发的水泥窑烟气SCR脱硝技术,已在登封宏昌水泥有限公司4500t/d水泥熟料生产线成功应用,是全国首台套水泥SCR脱硝示范工程 

2018年10月,经环保专家现场核查验收,氮氧化物排放浓度可稳定实现50mg/Nm3以下,脱硝率可达90%以上,氨逃逸小于3ppm。项目投运后,全系统阻力1000Pa左右,温度降10℃左右,大幅降低原SNCR还原剂消耗量,降低余热锅炉进口粉尘浓度,改善余热锅炉换热效率。该项运行至今已近两年时间,氮氧化物稳定达到超低排放要求。

2019年至今,西矿环保已顺利执行14个水泥生产线SCR脱硝超低排放治理工程均选用稳定可靠的高温电除尘器+SCR脱硝一体化技术,其中8个目已投入运行,详见水泥窑烟气SCR脱硝工程业绩表水泥SCR脱硝项目的持续成功投运,将会进一步推动全国水泥环保产业的发展,显著降低水泥工业氮氧化物排放总量,改善我国生态环境质量

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2 全国水泥行业首台套SCR脱硝示范工程         图3武安新峰水泥SCR脱硝工程

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   图4 河南大地水泥SCR脱硝工程              图5江西万年青水泥SCR脱硝工程

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图6安阳湖波水泥SCR脱硝工程            图7河北矿峰水泥SCR脱硝工程

1  水泥窑烟气SCR脱硝工程业绩表

序号

客户单位

生产线规模

布置方式

投产时间

1

登封宏昌水泥有限公司

5000t/d

高温中尘

2018

2

武安市新峰水泥有限责任公司1#线

2500t/d

高温中尘

2019

3

武安市新峰水泥有限责任公司2#线

5000t/d

高温中尘

2020

4

武安市新峰水泥有限责任公司3#线

5000t/d

高温中尘

2020

5

江西万年青股份有限公司万年水泥厂A线

5100t/d

高温中尘

建设中

6

江西万年青股份有限公司万年水泥厂B线

5100t/d

高温中尘

2020

7

河南省大地水泥有限公司1#线

5000t/d

高温中尘

2020

8

安阳湖波熟料有限公司

4500t/d

高温中尘

2021

9

河北曲寨矿峰水泥有限公司2#线

4500t/d

高温中尘

2021

10

山东章丘华明SCR脱硝改造项目

1000t/d

高温中尘

建设中

11

江苏鹤林水泥有限公司2#线

5000t/d

高温中尘

建设中

12

江苏鹤林水泥有限公司2#线

5000t/d

高温中尘

建设中

13

河北曲寨矿峰水泥有限公司1#线

4500t/d

高温高尘

建设中

14

台泥(贵港)水泥有限公司3#线

5000t/d

高温中尘

建设中

15

……………

 

 

 

5.总结和展望

5.1总结

1)水泥窑出口烟气粉尘浓度高,可达80g/Nm3100g/Nm3,甚至150 g/Nm3以上,高温电除尘器可有效降低水泥窑烟气粉尘含量,保证SCR脱硝反应器高效、稳定运行。

2)水泥窑烟气粉尘中CaO含量高,粉尘粒径小且黏度大,对SCR脱硝催化剂有特殊要求,选用大孔抗中毒耐冲刷催化剂及高效组合吹灰,可保障反应器系统稳定可靠运行。

3)“高温电除尘+SCR脱硝一体化”技术及氨水蒸发混合技术,脱硝效率可达90%以上,同时降低了余热锅炉入口粉尘浓度及系统喷氨量,提高余热锅炉利用效率并减少对系统末端设备的腐蚀,降低系统运行成本。

5.2展望

2018年至今,登封宏昌水泥高温中尘SCR脱硝工程已成功运行两年半时间,标志着SCR脱硝技术在水泥行业成功应用。西矿环保一直致力于各类水泥脱硝技术的研究和开发,在众多水泥SCR脱硝工程实践过程中,积累了丰富的技术和工程经验,在高温中尘技术的基础上,已成功研发出适应不同水泥窑工况的高温高尘SCR脱硝和高温低尘SCR脱硝成套技术,掌握各项核心技术。随着各项水泥SCR脱硝技术的发展,西矿环保可提供满足不同水泥生产线需求的SCR脱硝产品,为水泥行业NOx超低排放贡献力量。

 

 

 

                                                                  (信息来源:数字水泥网)

 
 

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