[大PK]水泥脫硝工藝改造為何叫好不叫座?
今年上半年,《水泥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》已經(jīng)完成全國(guó)征求意見(jiàn),并已遞交送審稿,《標(biāo)準(zhǔn)》征求意見(jiàn)稿明確要求,現(xiàn)有水泥生產(chǎn)線NOx排放限值要從當(dāng)前800mg/Nm3的水平降至450mg/Nm3,新建水泥生產(chǎn)線要低320mg/Nm3。在嚴(yán)峻的減排形勢(shì)下,各地紛紛督促水泥企業(yè)上馬氮氧化物減排設(shè)施,然而對(duì)于水泥企業(yè)來(lái)說(shuō)脫硝技術(shù)的選擇依然是一個(gè)問(wèn)題。
在目前水泥脫硝技術(shù)中,工藝改造與SNCR技術(shù)是爭(zhēng)議的重點(diǎn)。工藝改造采用低氮燃燒、分級(jí)燃燒、富氧燃燒、高固氣比等方式從源頭上治理,控制煅燒中生成NOx,技術(shù)改造成本低,后期運(yùn)行成本低,在業(yè)界受到廣泛認(rèn)可。SNCR則通過(guò)向爐內(nèi)噴含氨基的還原劑,將煙氣中的NOx還原脫除,生成氮?dú)夂退拿撓跫夹g(shù),從末端控制煙氣中排放的NOx,因其可能產(chǎn)生二次污染,一次性投資成本高,后續(xù)運(yùn)行成本高等,企業(yè)普遍表示該技術(shù)運(yùn)行成本壓力。
關(guān)于選擇工藝改造脫硝還是采用SNCR技術(shù)脫硝,中國(guó)水泥網(wǎng)在最近的一次調(diào)查中,調(diào)查結(jié)果顯示:支持工藝改造的人數(shù)在800左右,支持SNCR技術(shù)的人數(shù)在500左右。工藝改造在調(diào)查結(jié)果中以絕對(duì)優(yōu)勢(shì)壓過(guò)了SNCR技術(shù)脫硝。
然而,從環(huán)境保護(hù)部2013年24號(hào)文公布的數(shù)據(jù)中顯示,全國(guó)投運(yùn)水泥生產(chǎn)線脫硝設(shè)施清單中我國(guó)已建成投運(yùn)水泥熟料生產(chǎn)線脫硝設(shè)施148臺(tái),熟料年生產(chǎn)能力1.57億噸(約占全國(guó)水泥生產(chǎn)能力的7.1%);已投運(yùn)的脫硝設(shè)施中僅有1臺(tái)采用氧化吸收法(紹興兆山),其余全部采用SNCR脫硝技術(shù)。
為何這么一項(xiàng)普遍看好的氮氧化物減排方式,在實(shí)際推進(jìn)中遭遇“滑鐵盧”,出現(xiàn)令人難以理解的“叫好不叫座”情況?
工藝改造脫硝效率低可能是最主要的制約因素
眾所周知,NOx的產(chǎn)生主要源于分解爐內(nèi)產(chǎn)生的燃料型NOx和回轉(zhuǎn)窯內(nèi)產(chǎn)生的燃料型NOx和熱力型NOx的總和。分解爐內(nèi)的操作溫度一般不超過(guò)1000度,主要形成的是燃料NOx,燃料型NOx在200℃以上燃料氮就可以直接轉(zhuǎn)化成NOx(主要是NO),回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的孰料煅燒溫度約1450℃,需要的氣體火焰溫度在1850℃以上,除了燃料氮直接轉(zhuǎn)化成NOx外,還因溫度較高,空氣中的氮直接轉(zhuǎn)化成熱力NOx。一般情況下,回轉(zhuǎn)窯內(nèi)產(chǎn)生的燃料型和熱力型NOx的總和占系統(tǒng)中NOx產(chǎn)生總量的65%~75%,分解爐內(nèi)產(chǎn)生的燃料型NOx約占系統(tǒng)總量的35%~25%。
工藝改造中相對(duì)成熟的分級(jí)燃燒技術(shù),就是在回轉(zhuǎn)窯和分解爐之間增設(shè)一個(gè)獨(dú)立的還原燃燒區(qū),將部分燃料轉(zhuǎn)移到還原區(qū)內(nèi)燃燒,形成還原氣氛,達(dá)到還原回轉(zhuǎn)窯中產(chǎn)生NOx的目的。一般情況下分級(jí)燃燒的脫氮效率可達(dá)60%,而回轉(zhuǎn)窯內(nèi)產(chǎn)生的NOx約占系統(tǒng)總量的65%~75%,因此,對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)來(lái)說(shuō),分解燃燒的脫氮效率也僅有45%,也就是說(shuō)氮氧化物分級(jí)燃燒不可能達(dá)到50%。因?yàn)榉旨?jí)燃燒本身的效率只有60%,僅解決70%的60%的脫氮任務(wù),顯然達(dá)不到《水泥行業(yè)準(zhǔn)入條件》中脫除NOx效率60%的要求。
作為工藝改造分級(jí)燃燒技術(shù)的積極推行者,海螺水泥在其眾多生產(chǎn)線上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。通過(guò)對(duì)蕪湖海螺一線、建德海螺一線、重慶海螺一線分級(jí)燃燒技術(shù)改造和運(yùn)行調(diào)試分析,NOx減排效率平均在30%以上(見(jiàn):低氮燃燒技術(shù)改造在海螺集團(tuán)水泥熟料生產(chǎn)線的成功應(yīng)用 《中國(guó)水泥》2012.12)。而在更多企業(yè)的實(shí)驗(yàn)中,NOx減排效率在30%左右就已經(jīng)是一個(gè)非常好的效果,效果在10%~20%之間也不少見(jiàn)。
無(wú)論是理論還是實(shí)踐,單純的工藝改造等不能達(dá)到新的脫硝標(biāo)準(zhǔn)要求,而且相差甚遠(yuǎn)。
工藝改造脫硝對(duì)操作的要求非常高
為最大限度地降低NOx,對(duì)回轉(zhuǎn)窯實(shí)施工藝改造分級(jí)燃燒的操作者來(lái)說(shuō),重要的是要清楚在生產(chǎn)過(guò)程中的影響變量,以便能最大限度地降低。
根據(jù)海螺建材設(shè)計(jì)研究院對(duì)蕪湖海螺、重慶海螺、建德海螺低氮分級(jí)燃燒技術(shù)改造分析,影響分級(jí)燃燒脫氮技術(shù)應(yīng)用及效果的主要因素包括:原、燃料的情況、煤粉在脫氮區(qū)的停留時(shí)間、窯尾的氧含量等。
(1)嚴(yán)格控制原、燃料中有害成分,生料中的Cl-<0.015%(max0.02%),K2O+NaO<1%,硫堿比<1.5%,以保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行;
?。?)相對(duì)無(wú)煙煤而言,煙煤的高揮發(fā)分能夠提供更多還原物質(zhì),提高分級(jí)燃燒的脫氮效率;
?。?)窯尾煙室的氧含量越低,分級(jí)燃燒的脫氮效果越好。在窯尾氧含量高于3.5%時(shí),將影響分級(jí)燃燒的效果,因此必須以全面提高生產(chǎn)管理水平和精細(xì)化操作水平為保證,此點(diǎn)對(duì)于大多水泥廠來(lái)說(shuō)是一挑戰(zhàn)。
(4)脫氮區(qū)空間需能夠滿足煤粉及還原性物質(zhì)還原NOx所需的停留時(shí)間。
從當(dāng)前工藝改造降低NOx產(chǎn)生的技術(shù)中,無(wú)論是采用低氮燃燒器還是分級(jí)燃燒,盡管都不需要花太多成本,僅有少量的設(shè)備改動(dòng)成本,但是其對(duì)窯系統(tǒng)操作的要求都非常高,這成為很多企業(yè)拒絕選擇工藝改造脫硝的重要原因。
工藝改造脫硝具有較大的不確定性
誠(chéng)如上文所述通過(guò)工藝改造的方式降低NOx對(duì)窯系統(tǒng)操作的要求非常高,操作不當(dāng)可能會(huì)產(chǎn)生負(fù)面影響。水泥窯系統(tǒng)運(yùn)行對(duì)穩(wěn)定的要求非常高,由于工藝改造具有較大的不確定性,很可能到頭來(lái)NOx削減量沒(méi)有降下去,系統(tǒng)不穩(wěn)定導(dǎo)致生產(chǎn)能耗、產(chǎn)量都受影響。
相當(dāng)一部分水泥企業(yè),在當(dāng)前生產(chǎn)運(yùn)行保持穩(wěn)定狀態(tài)下,在產(chǎn)能發(fā)揮與能耗效率都還可以接受的情況下,出于對(duì)工藝技術(shù)改造不確定性的擔(dān)憂,很難下決心進(jìn)行工藝改造。
SNCR技術(shù)與低氮分級(jí)燃燒相比,不確定性相對(duì)較低。SNCR技術(shù)主要預(yù)熱器進(jìn)行定點(diǎn)噴氨,可能造成熱耗上升,但是問(wèn)題相對(duì)穩(wěn)定,比較容易解決。
綜觀,當(dāng)前水泥企業(yè)選擇脫硝技術(shù)方案時(shí),多選擇SNCR技術(shù)而極少通過(guò)工藝技術(shù)改造,大多出于以下方面考慮:工藝改造不能達(dá)到脫硝要求;工藝改造使用麻煩,操作要求高。
為何在已經(jīng)完成的脫硝項(xiàng)目中,大多僅采用SNCR技術(shù),較少采用工藝改造或者工藝改造+SNCR技術(shù)?有業(yè)界人士如是回答,要解決問(wèn)題,在都需要花錢(qián)的情況下,既然能用最簡(jiǎn)單的方式解決問(wèn)題,為何要選擇復(fù)雜的方式。
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