【摘要】：對(duì)比分析現(xiàn)有多種水泥窯爐脫硝工藝，最成熟脫硝工藝為高溫SCR脫硝技術(shù)工藝，國(guó)產(chǎn)化最優(yōu)技術(shù)為高溫中塵脫硝技術(shù)和高溫低塵脫硝技術(shù)，從運(yùn)行成本經(jīng)濟(jì)型及投資費(fèi)用上分析，高溫低塵脫硝工藝具有較好的優(yōu)勢(shì)及使用價(jià)值。

【關(guān)鍵字】：水泥脫硝 除塵脫硝一體化 水泥SCR脫硝技術(shù)

引言

隨著我國(guó)工業(yè)化的發(fā)展及人們對(duì)生存環(huán)境的逐漸重視，人們對(duì)空氣的質(zhì)量要求越來(lái)越高，近幾年來(lái)，我國(guó)逐漸在電力、焦化、鋼鐵等行業(yè)進(jìn)行了煙氣尾氣氮氧化物的治理工作[1]，氮氧化物的排放幾乎達(dá)到50mg/Nm3以下的治理要求。在各行各業(yè)超凈排放的背景之下，水泥窯爐將會(huì)迎來(lái)超凈排放的治理趨勢(shì)，2019年河南省率先提出水泥窯爐氮氧化物排放濃度不高于50mg/Nm3的低濃度排放的要求，在國(guó)家環(huán)保政策的導(dǎo)向之下，排放標(biāo)準(zhǔn)的逐年提高成為未來(lái)發(fā)展的大趨勢(shì)。

SCR脫硝技術(shù)作為高效脫除氮氧化物的主要技術(shù)之一，此技術(shù)廣泛應(yīng)用于電力、焦化、鋼鐵、玻璃等各行業(yè)，同時(shí)此技術(shù)也是水泥行業(yè)氮氧化物治理的最優(yōu)技術(shù)路線之一[2]。在國(guó)外水泥行業(yè)脫硝起步相對(duì)較早，具有一定的成功運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，國(guó)內(nèi)水泥脫硝2019年開始實(shí)施，逐漸推廣，根據(jù)近年來(lái)的水泥SCR脫硝現(xiàn)狀進(jìn)行技術(shù)分析以供參考。

1、水泥SCR脫硝技術(shù)

水泥SCR脫硝技術(shù)主要包括高溫高塵脫硝技術(shù)、高溫中塵脫硝技術(shù)、高溫低塵脫硝技術(shù)、中低溫中塵脫硝技術(shù)，低溫低塵脫硝技術(shù)，技術(shù)多樣性，本文針對(duì)這幾種技術(shù)的特性，作相應(yīng)的技術(shù)分析，以供水泥行業(yè)選擇及脫硝環(huán)保路線選擇。

☆1.1高溫高塵脫硝技術(shù)

高溫高塵技術(shù)主要興起于歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家，近年來(lái)，以海螺為主導(dǎo)引進(jìn)德國(guó)蒂森克虜伯高塵高溫脫硝技術(shù)工藝，此技術(shù)主要是從窯爐C1出口引出未處理的高溫?zé)煔?，然后?jīng)脫硝反應(yīng)器，通過(guò)特制耐磨13*13孔蜂窩催化劑，將氨氣和氮氧化物反應(yīng)生產(chǎn)無(wú)污染的氮?dú)夂退?，已達(dá)到凈化目的。主要工藝路線如圖一所示：

圖一、高溫高塵技術(shù)工藝

此工藝的主要優(yōu)點(diǎn)在于投資費(fèi)用相對(duì)較低，使用的結(jié)構(gòu)單元相對(duì)簡(jiǎn)單，難點(diǎn)在于整個(gè)工藝的除塵系統(tǒng)，由于含塵量相對(duì)較大，灰塵粘性相對(duì)較高，通過(guò)催化劑很容易堵塞，因此設(shè)計(jì)合理的除塵系統(tǒng)成為本工藝的核心部件，蒂森克虜伯高塵SCR系統(tǒng)每層安裝有四臺(tái)清灰裝置。按順序運(yùn)行的清灰系統(tǒng)必須確保把粉塵吹過(guò)催化劑模塊，從而防止粉塵堆積或粉塵堵塞。清灰過(guò)程逐層進(jìn)行，并且始終從頂部催化劑層開始除塵。清灰系統(tǒng)需要使用特殊要求的脈沖空氣，每條窯生產(chǎn)線使用三臺(tái)壓縮機(jī)，其中的一臺(tái)備用。此技術(shù)的缺點(diǎn)在于催化劑磨損和中毒幾率較高，一旦除塵系統(tǒng)出現(xiàn)故障，整套系統(tǒng)處于癱瘓狀態(tài)。表一為蒂森克虜伯濟(jì)寧某水泥廠生產(chǎn)線運(yùn)行狀態(tài)【3】。

表一、濟(jì)寧某水泥廠運(yùn)行參數(shù)

☆1.2高溫中塵脫硝技術(shù)

高溫中塵技術(shù)主要來(lái)源于我國(guó)在玻璃窯爐運(yùn)行SCR工藝路線的改進(jìn)，由于玻璃行業(yè)脫硝實(shí)行較早，技術(shù)儲(chǔ)備和經(jīng)驗(yàn)相對(duì)較多，根據(jù)現(xiàn)有的經(jīng)驗(yàn)及設(shè)計(jì)優(yōu)化，設(shè)計(jì)開發(fā)的水泥高溫中塵脫硝工藝，此工藝路線主要為從C1出口引出高溫?zé)煔?，?jīng)過(guò)電除塵后將煙氣中的塵含量由100g/Nm3降至40-50g/Nm3的煙氣環(huán)境下進(jìn)行脫硝，此技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于進(jìn)一步降低了塵對(duì)催化劑的影響，技術(shù)相對(duì)成熟，催化劑國(guó)產(chǎn)化程度高，不受國(guó)外控制，此技術(shù)的核心和高溫高塵脫硝類似，在于除塵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，除塵系統(tǒng)為核心工藝，設(shè)計(jì)不好容易出現(xiàn)堵孔導(dǎo)致壓降過(guò)高，高溫風(fēng)機(jī)跳閘等安全問(wèn)題，同時(shí)運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用相對(duì)較高，催化劑磨損同樣嚴(yán)重。

圖二、高溫中塵技術(shù)工藝

☆1.3高溫低塵脫硝技術(shù)

高溫低塵脫硝工藝是近幾年新研發(fā)除塵脫硝工藝，此技術(shù)主要是從C1出口引出高溫?zé)煔?，?jīng)過(guò)高溫金屬纖維氈濾袋除塵后進(jìn)入催化劑，煙氣中的塵含量由100g/Nm3將至5mg/Nm3以內(nèi)，以此保證催化劑在高溫低塵狀態(tài)下運(yùn)行，項(xiàng)目達(dá)到超凈排放要求，以此滿足現(xiàn)有的水泥脫硝要求。

圖三、高溫低塵技術(shù)工藝

此工藝的主要優(yōu)點(diǎn)在于脫硝除塵一體化，降低的建設(shè)場(chǎng)地，同時(shí)除塵效果達(dá)到國(guó)家要求的超凈排放要求，減少了高塵對(duì)催化劑的磨損狀況，使催化劑的壽命長(zhǎng)達(dá)5年之久，催化劑的使用量?jī)H為高塵脫硝和中塵脫硝的1/4，減少國(guó)家對(duì)危廢的處理量，資源能得到最有效的利用，催化劑堵孔故障較低，同時(shí)，超凈排放標(biāo)準(zhǔn)下，預(yù)熱鍋爐的利用效率能夠得到明顯提升，在原料磨不工作前提下能夠使窯尾除塵器分離不用，減少整套工藝的阻力，進(jìn)一步降低整套工藝路線的運(yùn)行成本，缺點(diǎn)是由于金屬濾袋成本較高，總投資成本相對(duì)較高。以下為河南某水泥廠已經(jīng)投運(yùn)的高溫低塵工藝的運(yùn)行情況。

表二、河南某水泥廠運(yùn)行數(shù)據(jù)

通過(guò)表二我們看出高溫脫除塵脫硝一體化裝置能夠完全適用于現(xiàn)有的工況條件及極端工況條件，完全能夠達(dá)到國(guó)家超凈排放要求，氮氧化物及粉塵含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)，適用于各種工況條件，無(wú)二次污染產(chǎn)生。

☆1.4中溫中塵脫硝技術(shù)

中溫中塵脫硝技術(shù)主要是煙氣通過(guò)余熱發(fā)電后，從余熱發(fā)電尾端引入脫硝反應(yīng)器中，此段煙氣中的含塵量會(huì)由于余熱發(fā)電系統(tǒng)沉積，堆積在余熱發(fā)電部分，導(dǎo)致余熱發(fā)電效率降低，阻力會(huì)隨著含塵量的增加逐步增加，每年需要不定期檢修，耗費(fèi)大量人工人力。同時(shí)，現(xiàn)階段，此溫度區(qū)間的催化劑技術(shù)還未成熟，主要難點(diǎn)在于溫度較低，氨氣容易和二氧化硫形成硫酸銨鹽，導(dǎo)致催化劑中毒，降低催化劑的使用壽命。

圖四、中溫中塵技術(shù)工藝

☆1.5低溫低塵脫硝技術(shù)

低溫低塵脫硝技術(shù)主要是煙氣通過(guò)除塵器后引入脫硝反應(yīng)器，此段煙氣溫度比較低，煙氣溫度多在80—150℃，煙氣相對(duì)比較干凈，含塵量較少，對(duì)催化劑的磨損較小，但是，由于溫度較低，催化劑技術(shù)還在開發(fā)試驗(yàn)階段，難以滿足現(xiàn)階段工藝技術(shù)要求，此技術(shù)的研發(fā)還需要一定的時(shí)間才能滿足市場(chǎng)需要。

圖五、低溫低塵技術(shù)工藝

2.各項(xiàng)技術(shù)工藝技術(shù)指標(biāo)對(duì)比表

表三：各種工藝技術(shù)技術(shù)指標(biāo)對(duì)照

3.結(jié)論

SCR技術(shù)在電力、鋼鐵、化工等行業(yè)已成功運(yùn)行多年，是實(shí)現(xiàn)脫硝超低排放的主要技術(shù)，在國(guó)內(nèi)外均有成功應(yīng)用案例，在水泥行業(yè)，5種SCR工藝各有其優(yōu)缺點(diǎn)，從技術(shù)成熟性及運(yùn)行穩(wěn)定性上優(yōu)先考慮高溫中塵或高溫低塵工藝，該2種工藝均可穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)NOx超低排放；從經(jīng)濟(jì)性分析最佳工藝為高溫低塵SCR，建設(shè)費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用低于高溫高塵及高溫中塵工藝，且經(jīng)過(guò)工程實(shí)踐，相對(duì)最適應(yīng)國(guó)內(nèi)水泥窯工況環(huán)境；同時(shí)各種技術(shù)都存在相應(yīng)的優(yōu)缺點(diǎn)，同時(shí)要更具水泥窯爐的具體工況條件及現(xiàn)場(chǎng)施工條件，選擇合適的工藝路線，水泥SCR脫硝必將成為水泥行業(yè)一種趨勢(shì)。

參考文獻(xiàn)：[1].蘇娜,楊延安等.金屬膜在高溫?zé)煔獬龎m領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)[J].中國(guó)環(huán)保產(chǎn)業(yè).2016.36（2）.

[2]侯力強(qiáng),盧文靜等.金屬纖維氈在高溫除塵方面的應(yīng)用[J].山東化工.2015.22（44）：176-179

[3]周程.國(guó)內(nèi)首套高溫高塵SCR脫硝系統(tǒng)在海螺水泥順利投產(chǎn)[EB/OL].中國(guó)水泥網(wǎng)信息中心.2019.11.07

作者簡(jiǎn)介：郭勇（1989—） 碩士研究生 環(huán)保工程師，多年來(lái)從事環(huán)保工程工藝及脫硝催化劑技術(shù)研究工作。