水泥工業(yè)煙氣中氮氧化物脫除技術(shù)

水泥工業(yè)煙氣中氮氧化物脫除技術(shù)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(yīng)用，氮氧化物的去除率約為60%。很難滿足日益嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)。SCR煙氣脫硝技術(shù)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(yīng)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(biāo)準(zhǔn)、成本、技術(shù)等原因，水泥SCR煙氣脫硝在世界上還沒有得到廣泛的應(yīng)用。本文對水泥窯SCR煙氣脫硝存在的問題及建議進(jìn)行了探討，以供參考。關(guān)鍵詞：水泥工業(yè)；氮氧化物；脫硝；SCR引言面對日益嚴(yán)峻的減排形勢，水泥廠進(jìn)行深度脫硝改造勢在必行。脫除方法中僅有SCR技術(shù)可實現(xiàn)水泥廠煙氣中NOx的深度減排，但在水泥廠應(yīng)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(jié)合水泥廠的工況采用多種方法聯(lián)用的方式進(jìn)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(xué)煙霧、酸雨和臭氧層空洞等環(huán)境問題。2018年7月3日，國務(wù)院正式印發(fā)了《打贏藍(lán)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(lán)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(yù)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(dá)到23.2億t。受我國能源結(jié)構(gòu)的限制，國內(nèi)水泥廠大多以煤為燃料。眾所周知，燃煤會造成嚴(yán)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(yīng)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(biāo)準(zhǔn)；機動車排放也進(jìn)入了由“國五”向“國六”排放標(biāo)準(zhǔn)過度的時期。因此，推動水泥工業(yè)綠色發(fā)展和轉(zhuǎn)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(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)行水泥工業(yè)氮氧化物排放標(biāo)準(zhǔn)為GB4915-2013，標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)更高的地方排放標(biāo)準(zhǔn)。然而，隨著大眾對環(huán)境問題的關(guān)注度日益提升，水泥工業(yè)NOX排放限值并沒有止于國家標(biāo)準(zhǔn)和上述地方標(biāo)準(zhǔn)。近年來，國內(nèi)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(guān)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(biāo)。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(zhǔn)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(yán)排放標(biāo)準(zhǔn)。3、水泥工業(yè)NOX來源水泥生產(chǎn)中，回轉(zhuǎn)窯、分解爐、烘干機、烘干磨、煤磨及冷卻機等設(shè)備均可產(chǎn)生NOX。相比于回轉(zhuǎn)窯和分解爐，其他設(shè)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(zhuǎn)窯和分解爐。關(guān)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(zhuǎn)窯內(nèi)溫度高于此溫度，因而產(chǎn)生大量熱力型NOX，此外窯內(nèi)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(zhuǎn)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(guān)鍵技術(shù)4.1降塵防堵水泥煙氣中的粉塵具有濃度大、粒徑小、鈣質(zhì)成分高的特點，降低粉塵濃度是水泥高溫SCR脫硝的關(guān)鍵技術(shù)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(shù)，能有效降低系統(tǒng)能耗、改善催化劑沖刷和堵塞風(fēng)險。高溫電除塵器通過對高溫放電性能、絕緣性能、機械結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行研究改進(jìn)，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(yù)除塵之后，進(jìn)入反應(yīng)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(nèi)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(fēng)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(zhuǎn)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(jìn)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(dǎo)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(nèi)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(yīng)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(dá)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(shù)常采用蒸汽或熱風(fēng)將氨水蒸發(fā)為氨氣，再經(jīng)稀釋風(fēng)機稀釋后利用噴氨格柵在煙道內(nèi)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(fēng)或富裕蒸汽等熱源，電加熱器能耗過大。結(jié)合水泥工藝特點，將氨水噴射和混合技術(shù)與高溫除塵有機結(jié)合，即在高溫電除塵器進(jìn)氣口內(nèi)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(shù)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(fēng)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(hù)簡便。某礦環(huán)保始終堅持技術(shù)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(guān)鍵技術(shù)的研究和應(yīng)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(jié)束語隨著我國對水泥行業(yè)排放要求的進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)，以目前的技術(shù)手段，除SCR以外的脫硝技術(shù)難以實現(xiàn)，即便采用SCR煙氣脫技術(shù)，還有一些技術(shù)和工程應(yīng)用問題需要進(jìn)一步的研究與解決。因此，研究實現(xiàn)SCR脫硝技術(shù)在水泥行業(yè)的應(yīng)用具有非常重要的意義。參考文獻(xiàn)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