水泥窯爐脫硝技術(shù)

　　背景——NOx控制迫在眉睫

　　2010年全國氮氧化物排放量2273.6萬噸，主要集中在火電、水泥和機動車行業(yè)。《我國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展十二五規(guī)劃綱要》，明確提出“十二五”氮氧化物減排10%的約束性指標，對脫硝技術(shù)提出更高的要求。中國大氣污染已成為全球關(guān)注的焦點！

　　水泥窯爐概況及NOx排放現(xiàn)狀

　　2010 年我國水泥產(chǎn)量為18.68億噸，水泥企業(yè)近5000家。

　　水泥煅燒產(chǎn)生大量NOx，排放濃度為300mg/Nm³~2200mg/Nm³，每噸熟料約產(chǎn)生1.5kg~1.8kg氮氧化物。

　　2010年全國水泥排放氮氧化物約200萬噸，約占全國氮氧化物排放總量的10%， 僅次于電力行業(yè)和機動車尾氣排放，位居第三。

　　國際水泥工業(yè)對NOx排放限制最嚴格的是德國標準，規(guī)定采用二次燃料的替代率≤60%時，其排放氮氧化物濃度不得超過500mgNO₂/Nm³；二次燃料替代率為60%～100%時，不大于200 mgNO₂/Nm³。

　　我國水泥窯NOx排放標準

　　我國現(xiàn)執(zhí)行《水泥工業(yè)大氣污染物排放標準》GB 4915-2004，規(guī)定NOx排放濃度不得超過800mg/m3。杭州地區(qū)規(guī)定不得超過150mg/m³。

　　水泥行業(yè)與火電行業(yè)NOx排放標準比較

　　水泥行業(yè)的NOx排放標準會日趨嚴格！

　　水泥窯爐NOx控制技術(shù)

　　1.爐內(nèi)燃燒控制技術(shù)

　　2.選擇性非催化還原（SNCR）技術(shù)

　　3.選擇性催化還原（SCR）技術(shù)

　　爐內(nèi)燃燒控制技術(shù)

　　控制進爐生料的成分；爐窯燃料的類型；提高熱效率；爐窯內(nèi)分級燃燒；有效的冷卻控制；采用專家控制系統(tǒng)；采用低氮燃燒器。[Page]

　　焙燒器處的分級燃燒(SCC)

　　SCC采用分級加入燃料和空氣，使NOx形成降到最低物料加入方式來降低NOx放熱排放。

　　在窯爐的進料端點燃燃料，并保持還原性氣氛，就可以減低在窯內(nèi)燃燒帶中形成的NOx；通過調(diào)整燃燒空氣量，使得焙燒燃料最初是在還原性氣氛中燃燒，以降低NOx的生成，然后再在氧化氣氛中完全燃燒；通過控制生料的加入量來調(diào)節(jié)焙燒溫度；引入三次風來調(diào)整焙燒器中還原性氣氛，使其達到適宜的還原氣氛，采用這種方式的SCC技術(shù)可降低熱力型和燃料型NOx。

　　SCC分級燃燒

美國Suwannee水泥廠的空氣分級SCC

帶有轉(zhuǎn)窯入口噴燃器的Polysius MSC-SCC

　　Florida Rock Industries的空氣-燃料分級SCC

　　美國Titan水泥廠的燃料-空氣順序分級

　　尿素、NH3均可作為還原劑；

　　溫度過高氨會和氧反應(yīng)生成NOx；溫度過低NOx還原反應(yīng)的速率過低，造成原煙氣中有過量的氨逃逸或是生料物料上有氨沉積；

　　因此必須尋找合理的氨氣噴入位置，達到適合SNCR反應(yīng)的溫度區(qū)間。

　　NH3的可噴入位置：

　　SNCR技術(shù)的工程應(yīng)用

　　2006年之前，在歐洲至少有18個水泥窯采用了SNCR脫銷技術(shù)，其中15座在德國，2座在瑞典， 一座在瑞士。在這些工程中還原劑多為濃度為25%的氨水，NH₃/NOx比值為0.5～0.9， 脫硝效率為10～50%。

　　瑞典的兩座干法回轉(zhuǎn)水泥窯在安裝SNCR裝置之后，在NH₃/NOx比值為1.0～1.2的條件下，脫硝效率達到80～85%，究其原因是采用了多點噴射技術(shù)（12個點） 。

　　選擇性非催化還原技術(shù)（SNCR）

　　優(yōu)點：

　　1.固定投資少；2.設(shè)備簡單；3.不用催化劑；4.初期投資少； 5.系統(tǒng)簡單；6.易于實施。

　　缺點：

　　1.脫硝效率低（<40%）；

　　2.運行成本較高；

　　3.對反應(yīng)溫度要求高，需要準確控制反應(yīng)區(qū)內(nèi)的溫度；

　　4.需要比較高的NH₃／NOx值（一般大于1）， 部分NH₃被產(chǎn)品吸收。

　　選擇性催化還原（SCR）技術(shù)

　　基本化學(xué)原理

　　選擇性催化還原法(SCR)是工業(yè)上應(yīng)用最廣的一種脫硝技術(shù)；

　　理想狀態(tài)下，可使NOx的脫除率達90%以上， 是目前最好的固定源NOx治理技術(shù)；

　　SCR反應(yīng)溫度一般為300～450℃。

　　選擇性催化還原技術(shù)（SCR）

　　SCR可以安裝在水泥窯的兩個位置：

　　1.在除塵器的下游-“低塵負荷”系統(tǒng)；

　　優(yōu)點：催化劑壽命長，不易堵塞；

　　缺點：需要對煙氣進行加熱，達到催化劑的反應(yīng)溫度；

　　2.最后一個旋風筒下游（不帶反應(yīng)器）-“高塵負荷”系統(tǒng)；

　　優(yōu)點：煙氣溫度適合催化劑要求，無需加熱；

　　缺點：煙氣粉塵濃度高，催化劑容易被堵塞、磨損。

SCR脫硝系統(tǒng)的高粉塵負荷布置

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　　有資料報道，到2008年，全世界一共有3個水泥廠安裝了SCR 系統(tǒng)：德國Solnhofen水泥廠、意大利 Monselice水泥廠、意大利Calavino水泥廠。

　　據(jù)資料顯示，其中德國的Solnhofen水泥廠的SCR系統(tǒng)可靠運行了40000小時。

德國Solnhofen波特蘭水泥廠中預(yù)熱塔附近的SCR系統(tǒng)

　　SCR在水泥窯爐上應(yīng)用的問題

　　煙塵中顆粒物會堵塞催化劑，必須安裝吹灰器；

　　煙氣中的堿性物質(zhì)、CaO和SO₂會使催化劑中毒；

　　如果將SCR安裝在除塵器的下游，必須安裝煙氣再熱器，加熱煙氣到催化劑的最佳工作溫度。

　　SCR催化劑抗中毒規(guī)律研究

　　煙氣中的多種組分（如堿金屬）易造成催化劑的中毒，因此需開發(fā)適合水泥窯爐煙氣條件的催化劑配方。

　　堿土金屬中毒機理研究

　　催化劑抗中毒研究路線

    抗CaO中毒催化添加劑改性研究

　　催化劑添加劑抗CaO中毒

　　添加抗中毒組分后催化劑抗CaO中毒能力極大提升（350℃下，50%提升到80%）。[Page]

　　催化劑成型制備工藝

　　催化劑成型制備工藝優(yōu)化

　　成型催化劑表征

　　優(yōu)化后催化劑呈高分散狀態(tài)，活性組分可較好的分散在TiO2載體上

　　成型催化劑應(yīng)用

　　SCR在水泥窯爐上應(yīng)用的問題

　　煙塵中顆粒物會堵塞催化劑，必須安裝吹灰器；煙氣中的堿性物質(zhì)、CaO和SO₂會使催化劑中毒；如果將SCR安裝在除塵器的下游，必須安裝煙氣再熱器，加熱煙氣到催化劑的最佳工作溫度。