水泥工業(yè)煙氣中氮氧化物脫除技術

水泥工業(yè)煙氣中氮氧化物脫除技術摘要：目前，選擇性非催化還原（SNCR）在水泥窯中得到了廣泛的應用，氮氧化物的去除率約為60%。很難滿足日益嚴格的排放標準。SCR煙氣脫硝技術在火電行業(yè)已經(jīng)非常成熟，但在水泥行業(yè)，SCR煙氣脫硝仍處于中試階段，個別項目論證和試驗數(shù)據(jù)和運行經(jīng)驗的積累，缺乏工程應用經(jīng)驗。雖然國外對水泥SCR煙氣脫硝的研究比較早，但由于排放標準、成本、技術等原因，水泥SCR煙氣脫硝在世界上還沒有得到廣泛的應用。本文對水泥窯SCR煙氣脫硝存在的問題及建議進行了探討，以供參考。關鍵詞：水泥工業(yè)；氮氧化物；脫硝；SCR引言面對日益嚴峻的減排形勢，水泥廠進行深度脫硝改造勢在必行。脫除方法中僅有SCR技術可實現(xiàn)水泥廠煙氣中NOx的深度減排，但在水泥廠應用仍需克服催化劑中毒、低溫催化活性低以及SCR裝置占地大等問題。在實際過程中，可結合水泥廠的工況采用多種方法聯(lián)用的方式進行煙氣脫硝。1、概述氮氧化物是NO、NO2、N2O和NO3等氮氧化合物的總稱，其中NO和NO2是大氣污染的主要成分，氮氧化物可引起光化學煙霧、酸雨和臭氧層空洞等環(huán)境問題。2018年7月3日，國務院正式印發(fā)了《打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動計劃》，計劃要求“到2020年，二氧化硫、氮氧化物排放總量分別比2015年下降15%以上”。打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)是黨的十九大作出的重大決策部署，控制氮氧化物排放已成為我國大氣污染預防和治理的重要組成部分。我國是水泥生產(chǎn)大國，水泥產(chǎn)量常年位居世界第一，2017年我國水泥產(chǎn)量達到23.2億t。受我國能源結構的限制，國內水泥廠大多以煤為燃料。眾所周知，燃煤會造成嚴重的大氣污染，NOx即是燃煤產(chǎn)生主要的污染物之一。水泥生產(chǎn)過程中，每生產(chǎn)1t水泥熟料會產(chǎn)生1.5~1.8kg氮氧化物，基于我國龐大的水泥產(chǎn)業(yè)規(guī)模，水泥廠已成為繼火電廠和機動車之后的第三大NOX排放源，占全國總排放的15%~18%。值得注意的是應國家要求，現(xiàn)有火電廠已基本完成了NOX超低排放的全面改造，新建火電廠也必須符合超低排放的標準；機動車排放也進入了由“國五”向“國六”排放標準過度的時期。因此，推動水泥工業(yè)綠色發(fā)展和轉型升級，實現(xiàn)水泥工業(yè)NOX超低排放刻不容緩。2、水泥工業(yè)NOx排放標準現(xiàn)行水泥工業(yè)氮氧化物排放標準為GB4915-2013，標準規(guī)定水泥廠排放煙氣中NOX排放限值為400mg/m3，重點地區(qū)為320mg/m3，部分地區(qū)還制定了比國標更高的地方排放標準。然而，隨著大眾對環(huán)境問題的關注度日益提升，水泥工業(yè)NOX排放限值并沒有止于國家標準和上述地方標準。近年來，國內多省市相繼出臺水泥行業(yè)超低排放實施計劃。2017年5月，江蘇省環(huán)保廳印發(fā)《關于開展全省非電行業(yè)氮氧化物深度減排的通知》，通知明確提出全省水泥企業(yè)2019年6月1日前實現(xiàn)NOX排放濃度不高于100mg/m3的目標。2018年2月，河南省發(fā)布《河南省2018年大氣污染防治攻堅戰(zhàn)實施方案》，方案鼓勵2018年10月底前在水泥熟料企業(yè)試點開展超低排放改造，水泥窯廢氣在基準氧含量10%的條件下,NOX排放濃度需不高于150mg/m3。某某市市政府9月3日下發(fā)的《某某市生態(tài)環(huán)境深度整治攻堅月行動方案》更是提出了水泥行業(yè)NOX排放濃度小于50mg/cm3的最嚴排放標準。3、水泥工業(yè)NOX來源水泥生產(chǎn)中，回轉窯、分解爐、烘干機、烘干磨、煤磨及冷卻機等設備均可產(chǎn)生NOX。相比于回轉窯和分解爐，其他設備NOX排放量極小，因此水泥廠NOX的控制區(qū)域主要集中于回轉窯和分解爐。關于水泥生產(chǎn)過程中NOX主要生成途徑，目前普遍接受的是熱力型和原/燃料型NOX。熱力型NOX是指在溫度高于1500C時，空氣中的氮氣氧化生成的氮氧化物，回轉窯內溫度高于此溫度，因而產(chǎn)生大量熱力型NOX，此外窯內也生成原/燃料型NOX。原/燃料型NOX即原料和燃料中含有的有機物和小分子含氮化合物轉化生成的氮氧化物，分解爐溫度相對較低，因而主要生成原/燃料型NOX。4、水泥SCR脫硝關鍵技術4.1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。某礦環(huán)保憑借多年在水泥和電力行業(yè)煙氣治理經(jīng)驗以及計算和實踐，研發(fā)的高溫電除塵器技術，能有效降低系統(tǒng)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(jīng)受高溫工況仍有較高除塵效率。保證SCR脫硝系統(tǒng)的可靠穩(wěn)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。4.2高效清灰經(jīng)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(chǎn)生震蕩并處于懸浮流化狀態(tài)，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(tài)壓縮空氣可避免低溫對催化劑的冷脆損壞。4.3水泥行業(yè)SCR催化劑研發(fā)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(chǎn)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(qū)間較窄，且相對電廠脫硝溫度，水泥窯煙氣溫度偏低。某礦環(huán)保積極與國內知名院所開展課題研究，致力適用于水泥行業(yè)煙氣脫硝的國產(chǎn)催化劑研發(fā)。目前應用水泥行業(yè)首臺套SCR煙氣脫硝示范工程的催化劑運行時間已達數(shù)月，催化劑運行效果良好4.4還原劑制備與混合目前水泥企業(yè)均已建成SNCR脫硝系統(tǒng)，可以利用現(xiàn)有氨站系統(tǒng)。SCR脫硝技術常采用蒸汽或熱風將氨水蒸發(fā)為氨氣，再經(jīng)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。結合水泥工藝特點，將氨水噴射和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(xiàn)氨水蒸發(fā)和氨氮的充分混合。某礦環(huán)保開發(fā)出的適用水泥窯工藝特點的氨水蒸發(fā)與混合技術在降低能耗上有明顯的優(yōu)勢，節(jié)省了氨水蒸發(fā)系統(tǒng)、稀釋風機系統(tǒng)和噴氨格柵系統(tǒng)等，簡化工藝流程，降低投資成本，運行維護簡便。某礦環(huán)保始終堅持技術創(chuàng)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(yōu)化，保障系統(tǒng)可靠運行，脫硝效率穩(wěn)定，系統(tǒng)能耗降低。結束語隨著我國對水泥行業(yè)排放要求的進一步提高，一些地方提出要實現(xiàn)小于150mg/m3甚至100mg/m3的NOx排放標準，以目前的技術手段，除SCR以外的脫硝技術難以實現(xiàn)，即便采用SCR煙氣脫技術，還有一些技術和工程應用問題需要進一步的研究與解決。因此，研究實現(xiàn)SCR脫硝技術在水泥行業(yè)的應用具有非常重要的意義。參考文獻黃鵬程,林雪,陳長卿,黃東明,洪亞軍.水泥窯爐煙氣脫硝及袋除塵