SCR烟气脱硝技术在水泥行业的应用及前景分析


  目前我国水泥窑普遍采用低氮燃烧及SNCR脱硝技术。尽管SNCR脱硝效率不高但是其具有成本低、改造周期短等特点基本可以满足NOx小于400mg/m3以及重点地区320mg/m3的国家现行排放标准。单就氮氧化物排放来说水泥行业远超钢铁已经成为我国工业氮氧化物第一排放大户。



SCR烟气脱硝技术20年前就在国外水泥厂应用

在欧洲作为进一步降低 NOx 排放的技术SCR技术(Selective Catalytic Reduction 选择性催化还原)被指定为降低高尘、 中尘及低尘 NOx 排放的最佳可用技术(BAT: Best Available Technology) 及可行性技术。

2001年世界上第一个高尘布置的SCR装置在德国Solnhofen水泥工厂投入运行……燃料采用油和废弃物三层催化剂设计在正常情况下烟气中NOx的浓度会从1000~1600mg/Nm3降至400~550mg/Nm3有时可以达到300mg/ Nm3。在一次试验中通过增加喷氨量NOx的排放浓度降到了200mg/Nm3 。这表明采用SCR法脱硝确实具有很大的脱硝潜力。这还是在只用三层催化剂的情况如果催化剂的床层增加肯定脱硝效果还会更好。此项目为SCR技术在水泥行业的应用积累了宝贵的经验。

2006年6月意大利Monselice水泥厂SCR脱硝装置投入运行这是水泥窑炉烟气采用SCR脱硝方法最早成功商业运行的实例。此脱硝系统可以将水泥窑炉所排烟气中氮氧化物NOx的浓度控制在200mg/ Nm3以下。

2010年投运的德国Mergelstetten水泥厂的SCR脱硝系统氮氧化物的排放浓度可以稳定地控制在200mg/ Nm3 以下。除了维护期间停止运行外一直能稳定运行。这套脱硝系统采用25% 浓度的氨水为还原剂运行时每吨熟料的氨水消耗量仅为3.5 kg/t熟料与SNCR法脱硝系统协同运行时还原剂可以节省40% 相同排放指标下单独运行时比单独运行SNCR脱硝氨水可节省50%以上。

截至2015年年底见诸报道的水泥炉窑烟气SCR脱硝工程总共有9条其中意大利3条(Monselice、Sarche、Rezzato)、德国3条(SolnhofenMergelstettenRonhrdorf)、奥地利 2 条(Mannersdorf,运输温度记录仪Kirchdorfer)、美国1条(Joppa)。水泥炉窑SCR脱硝的设计排放指标也与各个国家当时的标准背景相匹配欧盟标准NO x 排放浓度不超过200 mg/Nm 3 是当时最严格的标准实际运行控制在200~500mg/Nm3 不等。


SCR烟气脱硝技术在国内水泥行业的应用情况

2018年10月14日由西安西矿环保科技有限公司承接设计建造的国内第一条SCR脱硝示范项目在河南省登封市磴槽集团宏昌水泥有限公司通过验收该项目可实现氮氧化物排放量稳定低于50mg/m3开创了中国水泥行业超低排放的先河。截至目前国内水泥行业水泥窑烟气SCR脱硝技术应用成功的案例总计有三条除登封宏昌SCR脱硝项目外分别为河南嵩基水泥有限公司一条5000t/d生产线及郑州嘉耐特种铝酸盐水泥有限公司一条特种水泥生产线。

“西矿环保在消化吸收欧美水泥SCR脱硝技术的基础上结合自身在燃煤锅炉烟气SCR脱硝的经验结合水泥工艺特点开发出水泥“高温电除尘+SCR 脱硝一体化技术”李海波表示大家关注的稳定性问题目前示范线8~9个月的运行情况还是很让人满意的。另外就大家关心的运行费用问题李海波表示通过宏昌水泥半年多的运行,拉力试验机就SCR系统本身而言运行成本为2.9元/吨熟料考虑到前端SNCR氨水消耗量从改造前约1.4t/h大幅减少到0.6t/h实际SNCR+SCR整个脱硝系统改造后运行成本只有1.1元-1.3元/吨熟料。

笔者注意到承接设计安装国内首台(套)SCR脱硝示范线的西安西矿环保科技有限公司(以下简称“西矿环保”)前身系西安矿山机械厂始建于1965年是国内专业从事工业烟气治理研发、设计、制造、安装及运营服务的大型环保领军企业早在四五年前西矿环保就开始致力于借鉴火电行业SCR脱硝技术解决水泥行业氮氧化物超低排放问题的研发。

“水泥窑的烟气特征决定了其脱硝的难度要大于火电厂烟气脱硝。已有的火电行业SCR脱硝经验并不完全适用于水泥行业。”针对SCR脱硝技术问题李海波如是说。

据了解SCR脱硝技术应用在水泥行业存在以下几个方面问题:高尘烟气使得催化剂端面积灰导致孔道被堵塞;催化剂微孔被粘性物质(主要是CaSO4)覆盖导致烟气不能与催化剂充分接触影响脱硝效率;高含量的碱土金属使催化剂失活导致催化剂中毒。

“SCR技术在水泥行业的应用不同于其在火电行业”李海波强调随着水泥行业氮氧化物排放标准的提高SCR脱硝技术成为一种必然选择解决上述问题的关键,一体式振动分析仪除了选择抗中毒、耐磨损及合适开孔率的SCR催化剂还需要根据水泥窑烟气工况设计一台合理高效的高温粉尘预除尘器和耦合催化剂清灰系统同时李海波表示随着我国燃煤锅炉烟气脱硝改造完成水泥行业烟气超低排放将很快纳入排放标准他预测随着技术进步和环保要求趋于严格未来3-5年我国规模化的水泥熟料生产线都将必须实现超低排放技术改造。


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