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SCR脱硝技术会是水泥行业烟气脱硝的未来吗?

2019/05/16 中国水泥网信息中心

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,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,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。......

  就目前我国大气污染物的来源来讲,主要是非电行业污染物排放,以钢铁和水泥行业为主,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。

  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。

  “低氮燃烧和SNCR脱硝技术四、五年之前国内水泥行业就开始使用,效果中规中矩,利用低氮燃烧器+分级燃烧+SNCR的技术组合也能使氮氧化物排放量达到150mg/m3以下。”针对我国水泥行业烟气脱硝现状,西安西矿环保科技有限公司总工程师李海波介绍说:“但是此项技术在诸如氨逃逸、一氧化碳排放增加、煤耗增加、产量下降、氨氮比高等问题比较突出,如要满足氮氧化物排放浓度小于150mg/m3甚至100mg/m3以下,该技术难于实现,而SCR技术克服了上述弱点,是相对经济可行的技术。”

  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(Solnhofen,Mergelstetten,Ronhrdorf)、奥地利 2 条(Mannersdorf,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,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,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。

  中国水泥行业超洁净排放技术交流大会

  改革开放40年来,国内水泥工业高速发展,2018年更是创下1546亿的行业利润新高,在行业形势大好的背景下,水泥行业已经摆脱以往依靠规模扩张的发展之路,迎来高质量发展阶段,而在此阶段中环保、排放问题尤为需要业内重视。

  作为体现行业社会责任的核心,同时也是践行“绿水青山就是金山银山”科学论断的切实需要,水泥行业有必要利用当前利润高涨创造的良好环境,加快环保升级步伐,全面推进绿色生产。

  为此,中国水泥网定于2019年5月29-30日召开“2019中国水泥行业超洁净排放技术交流大会”,承办方为建设国内首台(套)水泥窑烟气SCR脱硝示范线的西安西矿环保科技有限公司,诚邀政府主管领导、技术专家、科研单位、水泥企业、装备服务商等共聚一堂,探讨更高效,更经济的水泥行业超低排放实施方案,推动行业绿色可持续发展。

  相关链接:中国水泥行业超洁净排放技术交流大会

(责任编辑:王琲建)

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