水泥行業(yè)NOx超低排放技術(shù)課件

水泥行業(yè)NOX超低排放

技術(shù)芻議中國水泥協(xié)會高級顧問賈華平水泥行業(yè)NOX超低排放

技術(shù)芻議1水泥行業(yè)NOX超低排放之技術(shù)芻議一，超低排放的演化二，超低排放的難題三，現(xiàn)行NOX超低排放技術(shù)評述水泥行業(yè)NOX超低排放之技術(shù)芻議2三，現(xiàn)行NOX超低排放技術(shù)評述由于時間的關(guān)系，這里僅根據(jù)技術(shù)特點，選擇一部分有代表性的技術(shù)方案作一個簡單的評述，井底芻議、僅供參考。為什么是芻議，各個企業(yè)、甚至每條線的環(huán)境和工況都不相同，就需要不同的技術(shù)共存發(fā)展。不存在哪種技術(shù)是最好的，而是哪種技術(shù)最適合自己，最適合的才是最好的。這里只談已經(jīng)有應(yīng)用業(yè)績、至少在工業(yè)試驗上獲得驗證的技術(shù)：三，現(xiàn)行NOX超低排放技術(shù)評述由于時間的關(guān)系，這里僅根據(jù)技術(shù)31，以精準(zhǔn)噴氨為代表的上海萬澄目前水泥窯的SNCR空間上設(shè)在分解爐，然而分解爐的溫度場不是均勻分布的、而且不是固定不變的。噴氨脫硝有一個溫度窗口，在窗口以外的噴氨不但是無效的，而且會造成氨逃逸、形成氨污染，這就是造成SNCR脫硝效率不高的根本原因。因此，智能控制精準(zhǔn)噴氨就成為提高SNCR效率的有效措施。1，以精準(zhǔn)噴氨為代表的上海萬澄目前水泥窯的SNCR41，以精準(zhǔn)噴氨為代表的上海萬澄

上海萬澄環(huán)?？萍加邢薰荆谶@方面的研究就取得了突破，其提出的“智能優(yōu)化控制+SNCR”技術(shù)，經(jīng)海螺白馬山、四川國大、四川德勝三條5000t/d線的實施驗證，均取得了NOX排放濃度穩(wěn)定控制在低于50mg/m3以下的效果。1，以精準(zhǔn)噴氨為代表的上海萬澄上海萬澄環(huán)?？?1，以精準(zhǔn)噴氨為代表的上海萬澄其原理主要是：采用分層級安裝可獨立控制的噴槍組，利用智能實時優(yōu)化控制系統(tǒng)對NOx排放進(jìn)行預(yù)測，對生產(chǎn)工況的變化實時跟隨，根據(jù)工況及時調(diào)整并分別控制氨水的噴射位置及噴射量，從而達(dá)到提高脫硝效率、減少氨水用量、降低氨逃逸的目的。1，以精準(zhǔn)噴氨為代表的上海萬澄其原理主要是：61，以精準(zhǔn)噴氨為代表的上海萬澄

中控操作畫面截圖1，以精準(zhǔn)噴氨為代表的上海萬澄71，以精準(zhǔn)噴氨為代表的上海萬澄現(xiàn)場噴氨控制閥集成柜1，以精準(zhǔn)噴氨為代表的上海萬澄81，以精準(zhǔn)噴氨為代表的上海萬澄該技術(shù)的優(yōu)點：一次性投資很小，管理維護(hù)方便；問題：氨水消耗量較大、運行成本較高，對燒成工況波動較大的生產(chǎn)線難以適應(yīng)。比如在某廠進(jìn)行的6天試驗，結(jié)果如下：①NOx控制在200mg/Nm3時，氨水實際用量為742L/h；②NOx控制在100mg/Nm3時，氨水實際用量為1169L/h；③NOx控制在50mg/Nm3時，氨水實際用量為1356L/h。1，以精準(zhǔn)噴氨為代表的上海萬澄該技術(shù)的優(yōu)點：一次性投資很小92，多項脫硝措施組合增效的上海三融面對NOX排放愈來愈嚴(yán)的要求，采用多項成熟技術(shù)的組合增效，不失為一種簡單有效的方法，上海三融公司就集合組成了“分級燃燒+SNCR+蒸汽催化燃燒”脫硝技術(shù)。該技術(shù)試驗的廠家比較多，積累了不少經(jīng)驗，為水泥行業(yè)脫硝事業(yè)作出了積極貢獻(xiàn)。典型的代表是在江蘇信寧新型建材有限公司5000t/d線上的試驗，以下是試驗、改進(jìn)、優(yōu)化前后的對比表，和2019年05月10的運行截圖。2，多項脫硝措施組合增效的上海三融面102，多項脫硝措施組合增效的上海三融2，多項脫硝措施組合增效的上海三融112，多項脫硝措施組合增效的上海三融2，多項脫硝措施組合增效的上海三融122，多項脫硝措施組合增效的上海三融由以上表和圖可見，該技術(shù)的優(yōu)點：一次性投資較小，管理維護(hù)簡單；問題：分料、分煤過于復(fù)雜，特別給工況波動時的操作調(diào)整帶來一定困難，較大的工況波動將影響脫硝效果，氨水消耗量較大、運行成本較高。2，多項脫硝措施組合增效的上海三融由以上表和圖可見，133，保留SNCR的高溫中塵SCR西礦環(huán)保西礦環(huán)保公司的“SNCR+高溫電除塵+SCR”方案，充分利用SNCR的經(jīng)濟(jì)性和SCR的高效性，以高溫保證催化劑效率，以除塵緩解催化劑的堵塞、中毒、磨損問題，以并用SNCR減輕SCR的負(fù)擔(dān)，較好的適應(yīng)了水泥行業(yè)的特點，并成功應(yīng)用于河南登封宏昌的脫硝項目。3，保留SNCR的高溫中塵SCR西礦環(huán)保143，保留SNCR的高溫中塵SCR西礦環(huán)保宏昌項目投資約4000萬元，改造工期約4個月，2018年9月份投運，系統(tǒng)阻力1000Pa左右，溫度降低10℃左右，原SNCR還原劑消耗量降低。2018年10月14日通過專家組驗收，NOX排放濃度可穩(wěn)定實現(xiàn)50mg/Nm3以下，脫硝率可達(dá)90％以上，氨逃逸小于3ppm。3，保留SNCR的高溫中塵SCR西礦環(huán)保宏昌153，保留SNCR的高溫中塵SCR西礦環(huán)保該項目的成功受到了各級政府、以及整個水泥行業(yè)的重視。2019年06月20日，國家生態(tài)環(huán)境部科技與財務(wù)司司長鄒首民等，曾親臨現(xiàn)場調(diào)研指導(dǎo)。項目的工藝流程圖、宏昌公司現(xiàn)場圖如下：3，保留SNCR的高溫中塵SCR西礦環(huán)保該項163，保留SNCR的高溫中塵SCR西礦環(huán)保3，保留SNCR的高溫中塵SCR西礦環(huán)保173，保留SNCR的高溫中塵SCR西礦環(huán)保3，保留SNCR的高溫中塵SCR西礦環(huán)保183，保留SNCR的高溫中塵SCR西礦環(huán)保該技術(shù)的優(yōu)點：高溫保證了穩(wěn)定的脫硝效率，高溫避開了硫酸氫銨的粘結(jié)堵塞，除塵緩解了催化劑的堵塞、中毒問題；問題：一次性投資較大，催化劑的更換費用較高，催化劑的壽命還有待進(jìn)一步觀察，環(huán)節(jié)較多管理相對復(fù)雜，特別是高溫、高空電除塵器的運行維護(hù)。3，保留SNCR的高溫中塵SCR西礦環(huán)保該技術(shù)的優(yōu)點：194，高溫高塵SCR蒂森克虜伯蒂森、克虜伯、伯力鳩斯，這幾個都是世界上很牛的公司，現(xiàn)在又組合成一家了，更是牛叉！

關(guān)于水泥行業(yè)的高塵特點，他們認(rèn)為沒有問題，高塵反而有利于緩解催化劑中毒；至于堵塞問題，他們有有效的清灰手段。因此，他們直接采用高溫高塵的SCR工藝，據(jù)說他們有成熟的經(jīng)驗，在德國的幾條線也是這么干的，而且都運行良好。其工藝流程如下圖所示：4，高溫高塵SCR蒂森克虜伯蒂森、克204，高溫高塵SCR蒂森克虜伯4，高溫高塵SCR蒂森克虜伯214，高溫高塵SCR蒂森克虜伯據(jù)介紹，蒂森克虜伯在水泥行業(yè)已有13年以上的催化劑脫硝運行經(jīng)驗，其成熟的技術(shù)是世界范圍內(nèi)高塵SCR應(yīng)用最多的解決方案，多年的經(jīng)驗表明高塵SCR是降低NOX最經(jīng)濟(jì)的方案。他們已經(jīng)掌握了相關(guān)的清灰工藝，并在多個工廠得到了驗證。與標(biāo)準(zhǔn)陶瓷蜂窩催化劑相比，公司對催化劑進(jìn)行了關(guān)鍵改進(jìn)，大幅增加了催化劑的使用壽命，自2013年8月以來，其所有SCR項目全年運行率都超過了95%。4，高溫高塵SCR蒂森克虜伯據(jù)介紹，蒂森克虜伯在水泥行業(yè)已224，高溫高塵SCR蒂森克虜伯對于一般的5000t/d生產(chǎn)線，目前為雙塔方案，設(shè)備采購時間約5～6個月，現(xiàn)場安裝和對接時間約2個月，項目投資在4000萬元左右。該公司正在針對5000t/d線開發(fā)單塔方案，下一步采用單塔方案、以及催化劑國產(chǎn)化后，總投資有望降到3000萬元左右。4，高溫高塵SCR蒂森克虜伯對于一般234，高溫高塵SCR蒂森克虜伯根據(jù)他們已有

水泥行業(yè)十余條生產(chǎn)線十幾年的運行經(jīng)驗，大致可以做到2-3年換一層催化劑，一般設(shè)計為4層催化劑，一層催化劑基本可以用到10年左右。當(dāng)然，催化劑壽命與煙氣及粉塵組份有關(guān)，具體的使用壽命將根據(jù)項目的具體情況提供一個預(yù)期的壽命管理。4，高溫高塵SCR蒂森克虜伯根據(jù)他們已有244，高溫高塵SCR蒂森克虜伯正是人以類聚，牛人找牛人??！在大家一臉茫然之際，中國水泥最牛的海螺水泥選擇了蒂森克虜伯的脫硝技術(shù)，而且一干就是兩條線。目前，海螺濟(jì)寧已經(jīng)投運，海螺南京即將投運。濟(jì)寧海螺的現(xiàn)場圖如下：4，高溫高塵SCR蒂森克虜伯正是人以類聚，牛人找牛人啊！254，高溫高塵SCR蒂森克虜伯4，高溫高塵SCR蒂森克虜伯264，高溫高塵SCR蒂森克虜伯濟(jì)寧海螺項目于2019年08月21日投產(chǎn)運行，整個系統(tǒng)阻力不到400Pa，高溫風(fēng)機(jī)電耗增加不多。SNCR已經(jīng)停用，目前只使用SCR系統(tǒng)，進(jìn)口NOx濃度在600～700mg/Nm3,出口濃度在50～60mg/Nm3，氨水（20%濃度）使用量在600kg/h左右，氨逃逸穩(wěn)定在2～3mg/Nm3左右。全面實現(xiàn)了NOX排放≤100mg/Nm3，氨逃逸≤8mg/Nm3的目標(biāo)。4，高溫高塵SCR蒂森克虜伯濟(jì)寧海螺274，高溫高塵SCR蒂森克虜伯需要說明的是，僅管改造的目標(biāo)是NOX排放≤100mg/Nm3，但還是安排了更高目標(biāo)的試驗，短時間運行了幾個小時，可以將NOX排放穩(wěn)定控制在20～27mg/Nm3。該技術(shù)的優(yōu)點：高溫保證了穩(wěn)定的脫硝效率，高溫避開了硫酸氫銨的粘結(jié)堵塞，系統(tǒng)流程簡化方便了管理、減小了維護(hù)量；

問題：一次性投資較大，催化劑的更換費用較高，在高塵狀態(tài)下催化劑的壽命還有待進(jìn)一步觀察。4，高溫高塵SCR蒂森克虜伯需要說明的是，僅管改造的目標(biāo)是285，分解爐直噴脫硝劑南工大SCR是目前脫硝超低排放技術(shù)的頂梁柱，其技術(shù)核心是脫硝催化劑。遺憾的是，目前國內(nèi)外商用的脫硝催化劑均為V2O5/TiO2體系，而美國、歐盟環(huán)境署、中國國家環(huán)保部都已將V2O5定為劇毒污染物。

SCR的催化劑不僅在使用中存在堵塞、中毒問題，在已有生產(chǎn)線的改造設(shè)計上存在空間布局的困難，而且還存在催化劑老化后的保管、回收問題。5，分解爐直噴脫硝劑南工大SCR是目295，分解爐直噴脫硝劑南工大南京工業(yè)大學(xué)材料化學(xué)工程國家重點實驗室的祝社民團(tuán)隊，在有關(guān)部門的同力支持下，毅然另辟蹊徑、放棄了SCR技術(shù)，轉(zhuǎn)向研發(fā)了一種稀土基直噴脫硝劑，而且脫硝性能初步試驗達(dá)到了國際領(lǐng)先水平。2014年入選國家鼓勵發(fā)展的重大環(huán)保技術(shù)，2016年被國家三部委指定為釩基催化劑的替代產(chǎn)品，2017年被環(huán)保部評為國際百強環(huán)保技術(shù)，入選工信部重點新材料首批次應(yīng)用示范項目。5，分解爐直噴脫硝劑南工大南京工業(yè)大學(xué)材料化學(xué)工程國家重點305，分解爐直噴脫硝劑南工大該成果在研發(fā)過程中，曾經(jīng)獲得如下財政支持：①在基礎(chǔ)研究階段，獲得國家自然科學(xué)基金4項，分別是50872052、51172107、21106071、51272105；②在應(yīng)用研究階段，獲得國家“863”計劃專項2009AA05Z313；③示范工程階段，獲得國家“十二五”科技支撐計劃2012BAE01BO3；④產(chǎn)業(yè)化階段，獲得國家發(fā)改委新興產(chǎn)業(yè)及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整專項發(fā)改辦產(chǎn)業(yè)（2011）1935。5，分解爐直噴脫硝劑南工大該成果在研發(fā)過程中，曾經(jīng)獲得如下315，分解爐直噴脫硝劑南工大鑒于水泥生產(chǎn)中廢氣含塵濃度高的特點，催化劑載體的堵塞始終是難以逾越的障礙，項目另辟蹊徑采用了向分解爐噴射的新方案；根據(jù)停留時間和分散度的需要，在分解爐下部噴入粉狀脫硝劑、在分解爐上部噴入液體脫硝劑。上部噴入的液體脫硝劑，只是比氨水粘稠一些，原有的噴（氨）系統(tǒng)可資利用，不用新建噴入系統(tǒng)，幾乎不需要直接投資。5，分解爐直噴脫硝劑南工大鑒于水泥生產(chǎn)中廢氣含塵濃度高的特325，分解爐直噴脫硝劑南工大項目帶頭人祝社民介紹：2018年底，經(jīng)甘肅某水泥廠、江蘇某水泥廠試驗表明，

在窯尾NOx為1100PPM的情況下，NOx排放值可穩(wěn)定控制在50mg/Nm3以下，甚至更低；下一步的工作，主要是對脫硝劑噴入點和噴入量進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化，優(yōu)化后即可進(jìn)行全面推廣。5，分解爐直噴脫硝劑南工大項目帶頭人祝社民介紹：335，分解爐直噴脫硝劑南工大祝社民做項目初步驗收報告5，分解爐直噴脫硝劑南工大345，分解爐直噴脫硝劑南工大祝社民表示，感謝江蘇興寧提供了試驗機(jī)會，試驗效果很好。該生產(chǎn)線為5700t/d熟料線，加入量300～400kg/h，在停掉SNCR噴氨后、上下同時噴入該催化劑，能將NOX穩(wěn)定控制在50mg/Nm3以下。在利用現(xiàn)有SNCR噴氨設(shè)備的情況下，改造費用只有普通SCR改造的1/20；而且不存在催化劑回收問題、更不存在氨逃逸問題；。5，分解爐直噴脫硝劑南工大祝社民表示，感謝江蘇興寧提供了試355，分解爐直噴脫硝劑南工大祝社民表示：與SNCR控制200mg/Nm3相比，根據(jù)窯尾廢氣的NOX含量大?。?00～1200mg/Nm3），控制50mg/Nm3以下的脫硝成本估計增加4～8元/t熟料。那么，綜合考慮“投資成本+運行成本”與SCR相比，南工大的“分解爐直噴脫硝劑”技術(shù)是否具有優(yōu)勢呢？5，分解爐直噴脫硝劑南工大祝社民表示：與SNCR控制200365，分解爐直噴脫硝劑南工大我們設(shè)定幾個條件比一下看看：按5000t/d水泥窯脫硝考慮，SCR脫硝的一次性投資按4000萬元計算，現(xiàn)有一年期貸款利率考慮各企業(yè)貸款條件在5.6～6.0%之間，一年以后按滾動還舊貸新，設(shè)定利率不變。SCR一次性投資的單位成本構(gòu)成如下表：5，分解爐直噴脫硝劑南工大我們設(shè)定幾個條件比一下看看：375，分解爐直噴脫硝劑南工大5，分解爐直噴脫硝劑南工大385，分解爐直噴脫硝劑南工大由此可見，SCR一次性投資的成本并不算高，最高的也不到2元/t熟料。也就是說，祝社民的脫硝技術(shù)，運行成本不得比SCR高出1.7元/t熟料、有的甚至不得高出1.3元/t熟料，否則就沒有競爭力了！遺憾的是，祝社民的估算它比現(xiàn)有SNCR還要高4～8元/t熟料。5，分解爐直噴脫硝劑南工大由此可見，395，分解爐直噴脫硝劑南工大該技術(shù)的優(yōu)點：一次性投資極低，管理維護(hù)簡單，操作使用方便，運行穩(wěn)定可靠，不存在氨逃逸，不存在催化劑回收；問題：主要在于運行成本的大小，初略估計運行成本已經(jīng)高到難以接受的程度。但愿隨著技術(shù)的成熟，運行成本能降到可以接受的程度。5，分解爐直噴脫硝劑南工大該技術(shù)的優(yōu)點：一次性投資極低，管406，回到分級燃燒洪堡公司我們再熟悉不過的預(yù)分解水泥工藝，實際上就是一種分級燃燒，所以我們對分級燃燒有一種親切感，這是我們的本質(zhì)。在控制MOX排放的初期，我們很自然的又采用了分級燃燒，只是隨著排放標(biāo)準(zhǔn)的提高，原有的分級燃燒無法滿足脫硝需要的情況下，我們又借鑒其他行業(yè)的經(jīng)驗，逐步擴(kuò)展到SNCR以至SCR，結(jié)果把脫硝搞得越來越復(fù)雜。6，回到分級燃燒洪堡公司我們再熟悉416，回到分級燃燒洪堡公司那么，分級燃燒是否還有改進(jìn)優(yōu)化的空間呢？洪堡公司就“不忘初心”，又對分級燃燒做了認(rèn)真的分析研究，結(jié)果出乎預(yù)料，獲得了很好的脫硝效果。使一項初級的脫硝技術(shù)蛻變?yōu)橄冗M(jìn)的脫硝手段，不僅獲得了理想的脫硝效果，而且還兼得了提產(chǎn)和節(jié)能降耗。6，回到分級燃燒洪堡公司那么，426，回到分級燃燒洪堡公司就燒成系統(tǒng)來講，我們都知道回轉(zhuǎn)窯是NOX的主要來源，卻把主要精力放在了分解爐改造上，而對受到空間制約的窯尾煙道和分解爐錐體幾乎沒有反抗，雖然也取得了一定的效果，但要達(dá)到超低排放可就難了。而洪堡公司正是看透了這一點，他們將主要精力用在了后窯口，大幅度加長了窯尾煙道、專門給后窯口加了蒸發(fā)室，將窯尾煙氣在進(jìn)入分解爐前、就將NOX控制在了100mg/Nm3以下，大大降低了分解爐的脫硝負(fù)擔(dān)。6，回到分級燃燒洪堡公司就燒成系統(tǒng)來講，我們都知道回轉(zhuǎn)窯436，回到分級燃燒洪堡公司窯尾改造平面圖6，回到分級燃燒洪堡公司446，回到分級燃燒洪堡公司窯尾改造三維圖6，回到分級燃燒洪堡公司456，