水泥窯煙氣SCR脫硝技術和工程應用

摘 要：隨著水泥行業(yè)超低排放政策的實施，水泥窯煙氣氮氧化物深度治理是實現(xiàn)超低排放的核心技術之一。西礦環(huán)保結合中國水泥窯工藝特點，領先開發(fā)出“高溫電除塵器+SCR脫硝一體化技術”，具有低阻高效的顯著優(yōu)點。西礦環(huán)保在取得全國首臺套水泥窯SCR脫硝技術示范工程成功投運后，共實施了15個水泥SCR脫硝工程，氮氧化物排濃度放穩(wěn)定達到50mg/Nm³以下，對我國水泥氮氧化物深度減排具有重要的引領示范作用。

1.前言

SCR脫硝技術在我國電力行業(yè)應用成熟，氮氧化物排放可達到50mg/Nm³以下。在煤電行業(yè)實行“超低排放”的背景下，水泥煙氣污染物排放總量大，特別是氮氧化物占全國工業(yè)排放總量的10~12%?！端喙I(yè)大氣污染物排放標準》（GB 4915-2013）要求氮氧化物排放限值320mg/Nm³，遠高于煤電行業(yè)超低排放限值50mg/Nm³。2019年，河北省邯鄲市要求不高于50mg/Nm³的氮氧化物排放要求。2020年，河北省、河南省、安徽省出臺地方標準，要求水泥窯煙氣氮氧化物排放濃度不高于100mg/Nm³的“超低排放”要求。 2020年，國家生態(tài)環(huán)境部[2020]340號函《重污染天氣重點行業(yè)應急減排措施制定技術指南》，實行ABCD分級績效分級，水泥行業(yè)A類企業(yè)要求NOx排放濃度收嚴至50mg/Nm³以下，氨逃逸小于5mg/m³以下。國家環(huán)保要求日趨嚴厲，水泥行業(yè)面臨巨大的氮氧化物減排壓力，排放標準進一步收緊是未來發(fā)展的大趨勢。

SCR脫硝技術作為全世界應用最廣泛高效的氮氧化物脫除技術，是水泥行業(yè)氮氧化物治理最理想的技術路線之一。歐洲水泥行業(yè)氮氧化物深度治理技術主要是在SCR脫硝技術方面展開研究應用，取得了一定的試驗和運行經(jīng)驗。國內(nèi)水泥生產(chǎn)規(guī)模和工藝特點相較于歐洲有較大差異，需消化改進。

西礦環(huán)保作為水泥行業(yè)煙氣治理的領軍企業(yè)，自主研發(fā)的“高溫電除塵器+SCR脫硝一體化技術”，在水泥行業(yè)開展首臺4500t/d水泥窯全煙氣工程示范應用，順利通過環(huán)保檢測驗收，且已穩(wěn)定運行兩年以上時間。2018年至今，西礦環(huán)保已經(jīng)實施了15個水泥SCR脫硝工程，為我國水泥行業(yè)氮氧化物深度減排提供技術支撐和工程示范。

2.水泥SCR脫硝技術路線

對于SCR脫硝技術來說要使反應效率高效穩(wěn)定，保證反應器溫度窗口尤為重要。根據(jù)水泥工藝特點，水泥窯尾預熱器C1出口溫度280~330℃，是應用SCR脫硝最佳工藝溫度段，可獲得較高的脫硝效率。但工況條件惡劣，須采取改善措施，以保障SCR脫硝系統(tǒng)長期穩(wěn)定運行。

通過多項工程實踐證明，選擇“高溫電除塵器+SCR脫硝一體化技術” 相較于其他工藝路線具有高效、穩(wěn)定與運行費用低等特點，是目前水泥行業(yè)SCR脫硝的最佳選擇。

3.水泥SCR脫硝關鍵技術

3.1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脫硝的關鍵技術之一。西礦環(huán)保憑借多年在水泥和電力行業(yè)煙氣治理實踐經(jīng)驗，研發(fā)出適用水泥高溫工況的電除塵器技術，有效改善催化劑沖刷和堵塞風險。高溫電除塵器相對比其它除塵方式，具有低阻高效的特點。

西礦環(huán)保高溫電除塵器采用耐高溫的陽極板、陰極線等專利技術，有效提高除塵器的穩(wěn)定性，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。

圖1 水泥SCR脫硝工藝流程圖

3.2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(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。西礦環(huán)保經(jīng)過多項工程實踐，對聲波吹灰器和耙式吹灰器進行技術優(yōu)化，掌握核心關鍵技術，大幅提升組合吹灰系統(tǒng)的清灰性能和穩(wěn)定性。

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。

3.3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。西礦環(huán)保與清華大學國家工程實驗室開展課題研究，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已運行兩年，脫硝運行效果良好。

3.4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(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，沒有潔凈熱風或富裕蒸汽等熱源，電加熱器能耗過大。

結合在水泥工藝特點，西礦環(huán)保開發(fā)出氨水直接噴入工藝以及專用雙流體噴槍技術，將氨水噴射與混合技術與高溫除塵有機結合。適用水泥窯工藝特點的氨水蒸發(fā)與混合技術，可大幅簡化工藝流程，具有降低投資成本，運行維護簡便，運行能耗低等顯著優(yōu)勢。

西礦環(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。

4.示范項目和工程應用

西礦環(huán)保自主研發(fā)的水泥窯煙氣SCR脫硝技術，已在登封宏昌水泥有限公司4500t/d水泥熟料生產(chǎn)線成功應用，是全國首臺套水泥SCR脫硝示范工程。

2018年10月，經(jīng)環(huán)保專家現(xiàn)場核查驗收，氮氧化物排放濃度可穩(wěn)定實現(xiàn)50mg/Nm³以下，脫硝率可達90％以上，氨逃逸小于3ppm。項目投運后，全系統(tǒng)阻力1000Pa左右，溫度降10℃左右，大幅降低原SNCR還原劑消耗量，降低余熱鍋爐進口粉塵濃度，改善余熱鍋爐換熱效率。該項運行至今已近兩年時間，氮氧化物穩(wěn)定達到超低排放要求。

2019年至今，西礦環(huán)保已順利執(zhí)行15個水泥生產(chǎn)線SCR脫硝超低排放治理工程，其中8個項目已投入運行，詳見水泥窯煙氣SCR脫硝工程業(yè)績表。水泥SCR脫硝項目的持續(xù)成功投運，將會進一步推動全國水泥環(huán)保產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，顯著降低水泥工業(yè)氮氧化物排放總量，改善我國生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。

5.總結和展望

5.1總結

（1）水泥窯出口煙氣粉塵濃度高，可達80g/Nm³～100g/Nm³，甚至150g/Nm³以上，高溫電除塵器可有效降低水泥窯煙氣粉塵含量，保證SCR脫硝反應器高效、穩(wěn)定運行。

（2）水泥窯煙氣粉塵中CaO含量高，粉塵粒徑小且黏度大，對SCR脫硝催化劑有特殊要求，選用大孔抗中毒耐沖刷催化劑及高效組合吹灰，可保障反應器系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運行。

（3）“高溫電除塵+SCR脫硝一體化”技術及氨水蒸發(fā)混合技術，脫硝效率可達90%以上，同時降低了余熱鍋爐入口粉塵濃度及系統(tǒng)噴氨量，提高余熱鍋爐利用效率并減少對系統(tǒng)末端設備的腐蝕，降低系統(tǒng)運行成本。

5.2展望

2018年至今，登封宏昌水泥高溫中塵SCR脫硝工程已成功運行兩年半時間，標志著SCR脫硝技術在水泥行業(yè)成功應用。西礦環(huán)保一直致力于各類水泥脫硝技術的研究和開發(fā)，在眾多水泥SCR脫硝工程實踐過程中，積累了豐富的技術和工程經(jīng)驗，在高溫中塵技術的基礎上，已成功研發(fā)出適應不同水泥窯工況的高溫高塵SCR脫硝和高溫低塵SCR脫硝成套技術，掌握各項核心技術。隨著各項水泥SCR脫硝技術的發(fā)展，西礦環(huán)?？商峁M足不同水泥生產(chǎn)線需求的SCR脫硝產(chǎn)品，為水泥行業(yè)NOx超低排放貢獻力量。

日趨嚴苛的政策環(huán)境、一再提升的排放標準、不斷拓寬的治理范圍，水泥行業(yè)現(xiàn)有生產(chǎn)工藝如何適應新時期，行業(yè)發(fā)展的新需求？ 為此，中國水泥網(wǎng)將于2021年6月29-30日，在河北石家莊召開“2021中國水泥行業(yè)超潔凈排放技術交流大會”，探討超低排放和碳減排領域，更經(jīng)濟高效實施方案，分享最先進技術理念，助力行業(yè)“十四五”綠色高質(zhì)量發(fā)展。