水泥窯中低溫高塵SCR脫硝工程設(shè)計(jì)與應(yīng)用

  1.前言

  目前我國(guó)新型干法水泥窯約1700多條生產(chǎn)線，水泥工業(yè)NO_x排放總量約為240萬(wàn)噸，占NO_x總排放量的10~12%，占工業(yè)行業(yè)排放量約30%。《水泥工業(yè)大氣污染排放標(biāo)準(zhǔn)》GB4915-2013要求現(xiàn)有與新建水泥企業(yè)NO_x排放≤400mg/Nm³，重點(diǎn)地區(qū)調(diào)整到≤320mg/Nm³。許多省市都出臺(tái)了更加嚴(yán)格的地方標(biāo)準(zhǔn)，例如北京要求：NO_x≤200mg/Nm³；重慶要求：NO_x≤250mg/Nm³。在國(guó)家環(huán)保新標(biāo)準(zhǔn)日趨嚴(yán)厲的現(xiàn)狀下，水泥行業(yè)面臨巨大NO_x的減排壓力。

  水泥窯已有的低氮燃燒器、分解爐分級(jí)燃燒技術(shù)以及SNCR脫硝技術(shù)，NO_x減排水平30~60%，NO_x排放≥300mg/Nm³，難以滿足日趨嚴(yán)格的國(guó)家環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)要求，據(jù)國(guó)內(nèi)外專業(yè)環(huán)保機(jī)構(gòu)多年研究和試驗(yàn)情況分析，水泥工業(yè)要達(dá)到NO_x≤200mg/Nm³的排放標(biāo)準(zhǔn)，采用SCR脫硝技術(shù)將是必由之路。

  科行環(huán)保集團(tuán)作為我國(guó)水泥工業(yè)煙氣綜合治理商，已經(jīng)聯(lián)合日本、奧地利等知名環(huán)保公司共同研發(fā)中溫高塵SCR技術(shù)或低溫低塵SCR技術(shù)，并且實(shí)施國(guó)內(nèi)首條水泥窯中低溫高塵SCR脫硝中試項(xiàng)目。該項(xiàng)目的實(shí)施，將有力推進(jìn)我國(guó)水泥工業(yè)NO_x減排的技術(shù)升級(jí)，實(shí)現(xiàn)低成本、高效率SCR技術(shù)在水泥行業(yè)的推廣。

  2. 工程概況

  國(guó)內(nèi)新型干法水泥窯生產(chǎn)線大都配備了余熱發(fā)電，煙氣經(jīng)出預(yù)熱器后先進(jìn)入余熱鍋爐再去生料磨、窯尾除塵等后續(xù)設(shè)備，根據(jù)水泥窯工藝布置特點(diǎn)以及煙氣溫度區(qū)間特性，中試項(xiàng)目采用中低溫高塵SCR脫硝技術(shù)，脫硝系統(tǒng)將預(yù)熱器C1出口高溫?zé)煔庖鼋?jīng)風(fēng)管進(jìn)入SCR反應(yīng)器，在催化劑的作用下煙氣得到凈化，凈化后的煙氣再進(jìn)入余熱鍋爐，保留原有煙道作為脫硝停運(yùn)時(shí)的旁路，SCR脫硝反應(yīng)器底部脫落的粉塵集中收集與余熱鍋爐回灰經(jīng)輸送設(shè)備送至生料均化庫(kù)或預(yù)熱器，技術(shù)路線流程如圖1。

  SCR系統(tǒng)采用原SNCR系統(tǒng)中的氨水作為還原劑，氨水從氨區(qū)儲(chǔ)罐輸送模塊輸送到計(jì)量模塊，通過(guò)壓縮空氣將氨水噴射到氣化器中，同時(shí)氣化風(fēng)機(jī)的風(fēng)經(jīng)過(guò)在反應(yīng)器出口煙道上換熱后進(jìn)入氣化器中將氨水氣化及稀釋，經(jīng)氣化稀釋后的氨/氣混合氣通過(guò)噴氨格柵噴入反應(yīng)器入口煙道中。此外，SCR反應(yīng)器每層布置一個(gè)聲波吹灰器和耙式吹灰器，其中耙式吹灰器采用換熱后的熱壓縮空氣。SCR系統(tǒng)工藝流如圖2。

  3  主要設(shè)計(jì)參數(shù)

  SCR初始設(shè)計(jì)工況表1所示，脫硝工程充分考慮煙氣的特點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

表1  SCR設(shè)計(jì)參數(shù)

  4  工程設(shè)計(jì)與優(yōu)化

  脫硝工程聯(lián)合日本、奧地利等知名環(huán)保公司，集中攻克水泥窯SCR脫硝以下共性技術(shù)難點(diǎn)：

  1）尋求適用水泥窯煙氣溫度區(qū)間的高效SCR催化劑，使催化劑脫硝活性得以保障；

  2）催化劑采用特大孔徑、特殊材質(zhì)及表面特殊處理，應(yīng)對(duì)煙氣中約100g/Nm3的高濃度粉塵給催化劑帶來(lái)磨損、堵塞和中毒等危害；

  3）先進(jìn)的CFD流場(chǎng)模擬技術(shù)，確保反應(yīng)器內(nèi)流場(chǎng)均勻以及噴入的氨均勻混合；

  4）自動(dòng)化精準(zhǔn)噴氨系統(tǒng)如何控制噴氨，以及噴入的氨如何在催化劑層均勻分布；

  5）成熟、高效、穩(wěn)定的吹灰系統(tǒng)對(duì)催化劑進(jìn)行吹灰，以保證催化劑層的通暢；

  6）專業(yè)的土建、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、特性化反應(yīng)器設(shè)計(jì)，應(yīng)對(duì)項(xiàng)目高空作業(yè)。

  5  工程預(yù)期

  在充分考慮水泥窯煙塵特性的基礎(chǔ)之上，對(duì)脫硝工程的做好較合理的預(yù)期，具體參數(shù)見(jiàn)表2

  表2 脫硝工程預(yù)期效果

  6. 結(jié)束語(yǔ)

  SCR脫硝技術(shù)具有脫硝效率高（脫硝效率>80%）、選擇性和穩(wěn)定性好、氨耗量低、氨逃逸低（氨逃逸<3ppm）等優(yōu)點(diǎn)，水泥窯中低溫高塵SCR脫硝中試項(xiàng)目成功穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)國(guó)內(nèi)水泥窯SCR的推廣應(yīng)用具有巨大的推動(dòng)作用。