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水泥窯煙氣SCR脫硝技術應用
作者:水泥技術公眾號 發布時間: 2019-04-30 點擊率:

隨著水泥行業超低排放政策的實施,水泥窯煙氣氮氧化物深度治理是實現超低排放的核心技術之一。西礦環保結合中國水泥窯工藝特點,領先開發出“高溫電除塵器+SCR脫硝一體化技術”,具有低阻高效的顯著優點。西礦環保已取得全國首臺套水泥窯SCR脫硝技術示范工程業績并成功投運,氮氧化物排濃度放穩定達到50mg/Nm3以下,對我國水泥氮氧化物深度減排具有重要的引領示范作用。


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前言


SCR脫硝技術在我國電力行業應用成熟,氮氧化物排放可達到50mg/Nm3以下。在煤電行業實行“超低排放”的背景下,水泥煙氣污染物排放總量大,特別是氮氧化物占全國工業排放總量的10~12%。《水泥工業大氣污染物排放標準》(GB 4915-2013)要求氮氧化物排放限值320mg/Nm3,遠高于煤電行業超低排放限值50mg/Nm3。2017至2018年,江蘇省和鄭州市先后提出水泥窯煙氣氮氧化物排放濃度不高于100mg/Nm3的“超低排放”要求。國家環保要求日趨嚴厲,水泥行業面臨巨大的氮氧化物減排壓力,排放標準進一步收緊是未來發展的大趨勢。 


SCR脫硝技術作為全世界應用最廣泛高效的氮氧化物脫除技術,是水泥行業氮氧化物治理最理想的技術路線之一。歐洲水泥行業氮氧化物深度治理技術主要是在SCR脫硝技術方面展開研究應用,取得了一定的試驗和運行經驗。國內水泥生產規模和工藝特點相較于歐洲有較大差異,需消化改進。


西礦環保作為水泥行業煙氣治理的領軍企業,自主研發的“高溫電除塵器+SCR脫硝一體化技術”,在水泥行業開展首臺4500t/d水泥窯全煙氣工程示范應用,已通過環保檢測驗收,為我國水泥行業氮氧化物深度減排提供技術支撐。


02

水泥SCR脫硝技術路線


對于SCR脫硝技術來說要使反應效率高效穩定,保證反應器溫度窗口尤為重要。根據水泥工藝特點,水泥窯尾預熱器C1出口溫度280~330℃,是應用SCR脫硝最佳工藝溫度段,可獲得較高的脫硝效率。但工況條件惡劣,須采取改善措施,以保障SCR脫硝系統長期穩定運行。


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相較于其他工藝路線,選擇高溫中塵的工藝路線具有高效、穩定與運行費用低等特點,是目前水泥行業SCR脫硝的最佳選擇。


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水泥SCR脫硝關鍵技術


 3.1降塵防堵


水泥煙氣中的粉塵具有濃度大、粒徑小、鈣質成分高的特點,降低粉塵濃度是水泥高溫SCR脫硝的關鍵技術之一。西礦環保憑借多年在水泥和電力行業煙氣治理經驗以及計算和實踐,研發的高溫電除塵器技術,能有效降低系統能耗、改善催化劑沖刷和堵塞風險。


高溫電除塵器通過對高溫放電性能、絕緣性能、機械結構等方面進行研究改進,使其在經受高溫工況仍有較高除塵效率。保證SCR脫硝系統的可靠穩定運行;選用大孔徑蜂窩催化劑,同時選擇合適的催化劑高度,提升清灰效果,有效降低粉塵對催化劑堵塞的幾率。高溫電除塵器相對比其它除塵方式,具有低阻高效的特點。 



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3.2高效清灰


經過高溫電除塵器預除塵之后,進入反應器的煙氣仍含一定的粉塵。相對于燃煤電廠粉塵粘性較大,會在催化劑的表面和孔道內堆積,造成脫硝效率降低,阻力不斷上升,甚至造成催化劑堵塞風險。


為保障催化劑長期運行,采用聲波吹灰器和耙式吹灰器組合吹灰方式。聲波吹灰器是將壓縮空氣蓄能轉化為高強度聲波,使沉積的粉塵產生震蕩并處于懸浮流化狀態,部分粉塵隨煙氣帶走。耙式吹灰器是將壓縮空氣利用專用換熱器加熱后,通過可伸縮耙管的噴嘴噴出,對沉積的粉塵進行移動吹掃,保持催化劑孔道暢通,熱態壓縮空氣可避免低溫對催化劑的冷脆損壞。


3.3水泥行業SCR催化劑研發


水泥窯煙氣粉塵中GaO等堿金屬氧化物含量高,會造成催化劑產生堿金屬中毒,活性大幅降低,導致脫硝效率低下。此外,水泥窯煙氣脫硝溫度區間較窄,且相對電廠脫硝溫度,水泥窯煙氣溫度偏低。西礦環保積極與清華大學國家實驗室開展課題研究,致力適用于水泥行業煙氣脫硝的國產催化劑研發。目前應用水泥行業首臺套SCR煙氣脫硝示范工程的催化劑運行已近兩個月的時間,催化劑運行效果良好。


3.4還原劑制備與混合


目前水泥企業均已建成SNCR脫硝系統,可以利用現有氨站系統。SCR脫硝技術常采用蒸汽或熱風將氨水蒸發為氨氣,再經稀釋風機稀釋后利用噴氨格柵在煙道內均勻噴射,通過混合器使氨氣與煙氣中氮氧化物充分混合。水泥窯工藝熱源短缺,沒有潔凈熱風或富裕蒸汽等熱源,電加熱器能耗過大。結合在水泥工藝特點,將氨水噴射與混合技術與高溫除塵有機結合,即在高溫電除塵器進氣口內實現氨水蒸發和氨氮的充分混合。西礦環保開發出的適用水泥窯工藝特點的氨水蒸發與混合技術在降低能耗上有明顯的優勢,節省了氨水蒸發系統、稀釋風機系統和噴氨格柵系統等,簡化工藝流程,降低投資成本,運行維護簡便。


西礦環保始終堅持技術創新,針對水泥污染物減排需求,全面開展水泥SCR脫硝各類關鍵技術的研究和應用優化,保障系統可靠運行,脫硝效率穩定,系統能耗降低。 


04

示范項目


西礦環保自主研發的水泥窯煙氣SCR脫硝技術,已在登封宏昌水泥有限公司4500t/d水泥熟料生產線成功應用,是全國首臺套水泥SCR脫硝示范工程。 


2018年10月,經環保專家現場核查驗收,氮氧化物排放濃度可穩定實現50mg/Nm3以下,脫硝率可達90%以上,氨逃逸小于3ppm。項目投運后,全系統阻力1000Pa左右,溫度降10℃左右,大幅降低原SNCR還原劑消耗量,降低余熱鍋爐進口粉塵濃度,改善余熱鍋爐換熱效率。



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05

結語


(1)水泥窯出口煙氣粉塵濃度高,可達80g/Nm3~100g/Nm3,高溫電除塵可有效降低水泥窯煙氣粉塵含量,保證SCR脫硝反應器高效、穩定運行;


(2)水泥窯煙氣粉塵中CaO含量高,粉塵粒徑小且黏度大,對SCR脫硝催化劑有特殊要求,選用稀土大孔中低溫耐沖刷、抗中毒SCR催化劑及高效組合吹灰,可保證反應器穩定可靠運行;


(3)“高溫電除塵+SCR脫硝一體化”技術及氨水蒸發混合技術,脫硝效率可達90%以上,同時降低了余熱鍋爐入口粉塵濃度及系統噴氨量,提高余熱鍋爐利用效率并減少對系統末端設備的腐蝕,降低了系統運行成本。


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