水泥行業(yè)煙氣氮氧化物（NOx）深度治理 ——SCR寬溫高效催化劑技術(shù)應(yīng)用

【摘要】本文介紹了康寧特環(huán)保專有水泥行業(yè)SCR脫硝技術(shù)-SCR寬溫高效催化技術(shù)，簡(jiǎn)稱“KGC”技術(shù)。

該技術(shù)路線是康寧特公司經(jīng)過(guò)十五年在電力行業(yè)的技術(shù)儲(chǔ)備和項(xiàng)目工程經(jīng)驗(yàn)積淀并聯(lián)合浙江大學(xué)開(kāi)發(fā)出的一項(xiàng)科技創(chuàng)新工藝，解決了目前市場(chǎng)上水泥熟料生產(chǎn)線低氮燃燒和SNCR工藝技術(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的氮氧化物超低排放問(wèn)題。

【關(guān)鍵詞】SCR脫硝、KGC、水泥窯、超低排放

一、前言

1.1.含塵濃度高

早在2000年，歐洲水泥廠安裝的第一套SCR在德國(guó)的Solnhofen水泥廠投入使用，至2005年停用。除此以外，歐洲相繼安裝了數(shù)套水泥SCR脫硝系統(tǒng)，取得了應(yīng)有的效果。2016年8月，康寧特公司正式開(kāi)始推廣實(shí)施水泥行業(yè)煙氣脫硝技術(shù)（預(yù)除塵+SCR寬溫高效催化技術(shù)）。2018年起，各省市相繼出臺(tái)水泥窯煙氣氮氧化物超低排放政策，環(huán)保要求進(jìn)一步收緊，國(guó)內(nèi)水泥窯SCR脫硝工程陸續(xù)開(kāi)始建設(shè)。2018年10月，由康寧特公司推出的首套窯尾煙氣SCR脫硝超低排放改造，在登封市嵩基水泥4500t/d熟料生產(chǎn)線投運(yùn)。到目前為止，整個(gè)脫硝系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，現(xiàn)已完成實(shí)施的項(xiàng)目9條。

2、水泥窯SCR寬溫高效催化技術(shù)系統(tǒng)組成

SCR寬溫高效催化技術(shù)采用高塵布置方式，整個(gè)工藝流程大致為：將預(yù)熱器C1出口煙氣引至SCR反應(yīng)器，煙氣中的NOx在催化劑的作用下與噴入系統(tǒng)的氨水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成氮?dú)夂退?，脫硝后的煙氣送回余熱鍋爐進(jìn)口煙道。整個(gè)系統(tǒng)主要包括：氨水輸送系統(tǒng)、噴射系統(tǒng)、SCR反應(yīng)器系統(tǒng)、聲波吹灰系統(tǒng)、耙式吹灰系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)、煙道系統(tǒng)等。

圖1 SCR脫硝工藝流程

3、水泥窯SCR寬溫高效催化技術(shù)優(yōu)勢(shì)

3.1、先進(jìn)的催化劑工藝

康寧特公司針對(duì)水泥窯煙氣特性，通過(guò)優(yōu)化催化劑工藝設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)布置，最終研發(fā)出水泥窯專用寬溫高效催化劑，具備更高的整體活性、抗磨損能力、抗重金屬中毒能力等，能適應(yīng)200℃~450℃的工況條件，在無(wú)預(yù)除塵裝置下不堵塞，并長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

圖2 水泥行業(yè)專用催化劑結(jié)構(gòu)

3.2、合理的吹灰系統(tǒng)

目前，常用吹灰系統(tǒng)為聲波+耙式吹灰器的組合方式。但是，同樣的組合吹灰系統(tǒng)在不同的SCR脫硝系統(tǒng)中效果相差很大?？祵幪毓舅薪ǖ乃兴喔GSCR系統(tǒng)中，基本上沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)催化劑堵塞的情況，每層催化劑阻力均小于100Pa，這主要得益于康寧特公司自主設(shè)計(jì)的吹灰系統(tǒng)。

耙式吹灰器的關(guān)鍵技術(shù)在于耙管的布置，包括噴嘴數(shù)量、噴嘴直徑、噴嘴間距以及耙管到催化劑表面的距離等?？祵幪毓就ㄟ^(guò)廠區(qū)自有實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)上述數(shù)據(jù)反復(fù)調(diào)整，確定最佳布置方案。并針對(duì)每個(gè)實(shí)際項(xiàng)目進(jìn)行調(diào)整，做到一窯一策。

常規(guī)的聲波吹灰器聲波頻率為75-100HZ，該頻率下聲波吹灰器覆蓋面積廣，傳播距離遠(yuǎn)，但直接用在水泥窯SCR脫硝系統(tǒng)中效果并不理想，主要是因?yàn)樗喔G煙氣粉塵粘性大，附著力強(qiáng)?？祵幪毓就ㄟ^(guò)與各聲波吹灰器廠家技術(shù)交流，并結(jié)合項(xiàng)目實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，最終確定采用特定的高頻率聲波吹灰器。該頻率聲波對(duì)粉塵作用力大，雖然傳播距離較短，但可通過(guò)在反應(yīng)器兩側(cè)布置聲波吹灰器來(lái)彌補(bǔ)。

圖3 吹灰系統(tǒng)

圖4 大型窯尾煙氣試驗(yàn)平臺(tái)（模擬C1出口煙氣條件

圖5 水泥行業(yè)專用催化劑清灰、防堵塞、磨損試驗(yàn)裝置

3.3、合理的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

針對(duì)系統(tǒng)總布置圖做流場(chǎng)模擬，并進(jìn)行調(diào)整。

4、水泥窯SCR案例分享

登封嵩基水泥4500t /d生產(chǎn)線“預(yù)除塵（不投運(yùn)）+SCR寬溫高效催化（KGC）”項(xiàng)目煙氣氮氧化物超低排放升級(jí)改造工程于2018年7月中旬開(kāi)工建設(shè)，建設(shè)工期近3個(gè)月，最終于2018年10月18日一次性投料成功，并順利投產(chǎn)，于10月底完成環(huán)保驗(yàn)收。

2019年9月底完成環(huán)保節(jié)能升級(jí)改造，升級(jí)改造后，實(shí)現(xiàn)在中溫電除塵器不投入使用情況下，窯生產(chǎn)系統(tǒng)、SCR系統(tǒng)、超低排放環(huán)保指標(biāo)更穩(wěn)定、可靠、節(jié)能。

圖6 嵩基水泥SCR示范項(xiàng)目

2018年10月與中國(guó)長(zhǎng)城鋁業(yè)有限公司水泥廠簽訂2000t/d熟料窯煙氣脫硝超低排放系統(tǒng)（高效電聚耦合除塵器+中溫SCR脫硝一體化）項(xiàng)目EPC總承包合同，2019年7月底項(xiàng)目通過(guò)環(huán)保驗(yàn)收（NOx＜30mg/Nm³，氨逃逸＜1mg/Nm³）。

圖7 長(zhǎng)城鋁業(yè)水泥“高效電聚耦合除塵+SCR寬溫高效（KGC）催化技術(shù)”

2019年12月與焦作千業(yè)水泥有限公司水泥廠簽訂2×5000t/d熟料窯煙氣脫硝深度治理系統(tǒng)，采用預(yù)除塵（無(wú)預(yù)除塵）+SCR寬溫高效催化技術(shù)，設(shè)計(jì)選型按照高溫電除塵器不投運(yùn)的情況下SCR脫硝系統(tǒng)仍可達(dá)標(biāo)運(yùn)行。2020年7月底施工完畢，已投入使用，NOx＜35mg/Nm³，氨逃逸＜2mg/Nm³。

圖8 焦作千業(yè)水泥有限責(zé)任公司2×5000t/d熟料窯煙氣脫硝系統(tǒng)

2020年5月與河南孟電集團(tuán)水泥有限公司簽訂2×5500t/d+1×4500t/d生產(chǎn)線窯尾煙氣氮氧化物深度治理SCR脫硝工程，采用高溫高塵SCR寬溫高效催化（KGC）技術(shù)。1#、2#線、3線目前已投入使用，NOx＜35mg/Nm³，氨逃逸＜2mg/Nm³。

圖9 河南孟電集團(tuán)水泥公司2×5500t/d+1×4500t/d生產(chǎn)線煙氣脫硝系統(tǒng)

2020年8月與河南省大地水泥有限公司簽訂2#線4500/d生產(chǎn)線煙氣脫硝系統(tǒng)，采用高溫高塵SCR寬溫高效催化（KGC）技術(shù)。

圖10河南大地水泥有限公司2#4500t/d線煙氣脫硝系統(tǒng)

2021年與鶴壁豫鶴同力水泥有限公司4500/d生產(chǎn)線煙氣脫硝系統(tǒng)，采用高溫高塵SCR寬溫高效催化（KGC）技術(shù)。

5、結(jié)語(yǔ)

康寧特專有“SCR寬溫高效催化（KGC）技術(shù)”五更優(yōu)勢(shì)：

①運(yùn)行達(dá)標(biāo)更可靠：嵩基、中鋁、千業(yè)、孟電、大地等項(xiàng)目均在穩(wěn)定運(yùn)行，系統(tǒng)阻力、NOx排放、氨逃逸等指標(biāo)均達(dá)到性能保證值一下。

②運(yùn)行費(fèi)用更少：更小的系統(tǒng)阻力及更少的噴氨量，大大減少噸熟料運(yùn)行費(fèi)用。

③占地面積更?。合啾阮A(yù)除塵+SCR脫硝系統(tǒng)，占地面積減少60%以上。

④施工周期更短：康寧特公司SCR蜂窩催化劑年生產(chǎn)能力3萬(wàn)m³, 鋼結(jié)構(gòu)加工能力2萬(wàn)t/年，供貨與施工無(wú)縫銜接，更好保證工程質(zhì)量及工期。

⑤投資費(fèi)用更低：無(wú)需高溫電除塵器，減少投資。