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水泥窑烟气SCR脱销技术应用

2019/11/14 来源:西安西矿环保科技有限公司

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。西矿环保已取得全国首台套水泥窑SCR脱硝技术示范工程业绩并成功投运,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。2017至2018年,江苏省和郑州市先后提出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。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,已通过环保检测验收,为我国水泥行业氮氧化物深度减排提供技术支撑。

  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。

  相较于其他工艺路线,选择高温中尘的工艺路线具有高效、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经验以及计算和实践,研发的高温电除尘器技术,能有效降低系统能耗、改善催化剂冲刷和堵塞风险。

  高温电除尘器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。高温电除尘器相对比其它除尘方式,具有低阻高效的特点。

  图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。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。西矿环保积极与国内知名院所开展课题研究,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运行已近两个月的时间,催化剂运行效果良好。

  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,将氨水喷射与混合技术与高温除尘有机结合,即在高温电除尘器进气口内实现氨水蒸发和氨氮的充分混合。西矿环保开发出的适用水泥窑工艺特点的氨水蒸发与混合技术在降低能耗上有明显的优势,节省了氨水蒸发系统、稀释风机系统和喷氨格栅系统等,简化工艺流程,降低投资成本,运行维护简便。

  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

  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。

图2 全国水泥行业首台套SCR脱硝示范工程

  5.结语

  (1)水泥窑出口烟气粉尘浓度高,可达80g/Nm3~100g/Nm3,高温电除尘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,选用稀土大孔中低温耐冲刷、抗中毒SCR催化剂及高效组合吹灰,可保证反应器稳定可靠运行;

  (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,降低了系统运行成本。

(责任编辑:余婷)

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