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浅谈水泥行业实现超低排放的措施

北极星大气网  来源:《科学与技术》  作者:赵文凯 杨惠敏  2020/8/23 8:36:45  我要投稿  

北极星大气网讯:摘要:水泥行业为实现超低排放,按照水泥熟料生产工艺及废气限值,结合SNCR脱硝系统、袋收尘器的优势,利用新材料、新技术的不断发展进步,有针对性地采用了三种方法进行超低排放改造,对脱硝治理及收尘治理的技术改造进行浅谈。

引言

2020年3月,河北省印发《水泥工业大气污染物超低排放标准》地方标准,对水泥窑及窑尾余热利用系统大气污染物排放管控,颗粒物、二氧化硫、氮氧化物的排放限值分别为10mg/m3、30mg/m3、100mg/m3;2020年4月,河南省发布《河南省水泥行业超低排放改造实施方案(征求意见稿)》。意见稿要求,2020年底前,全省水泥企业完成有组织和无组织超低排放改造。水泥窑及窑尾余热利用系统废气基准含氧量10%条件下,颗粒物、二氧化硫、氮氧化物、氟化物、汞及其化合物排放浓度小时均值分别不高于10、35、100、3、0.05毫克/立方米;鼓励企业采用新技术,力争颗粒物、二氧化硫、氮氧化物排放浓度小时均值控制在10、20、50毫克/立方米以下。采用氨法脱硝的氨逃逸浓度不高于8毫克/立方米。由此可见,京津冀及周边地区随后的环保趋势将向更高标准迈进,且按照国家环保针对污染防治深化治理企业进行差异化管控的要求,积极进行新的技术探索和储备,执行更严格的标准对于水泥企业来说,是一次更严格的筛选,也是一个更好的机遇。

  • 水泥行业有组织烟气治理内容

水泥行业中回转窑窑尾烟气是最主要、最关键的废气排放源,以金隅冀东的大部分水泥公司为例,回转窑窑内为碱性环境,原料为石灰石,在高温区域经分解得到的氧化钙和燃煤排放出来的二氧化硫大量反应,在正常的回转窑运行条件下,窑尾二氧化硫排放浓度很低,因此窑尾烟气无需末端脱硫措施,因此水泥熟料生产线的烟气治理主要围绕脱硝、除尘两个重要环节。

当前,烟气常用脱硝技术包括低氮燃烧技术、选择性非催化还原技术(SNCR)、选择性催化还原技术(SCR)、以及热碳催化还原复合脱硝技术;除尘技术为袋式除尘器、电除尘器以及电袋复合除尘器。现就针对使用低氮燃烧技术、选择性非催化还原技术(SNCR)及袋除尘器对氮氧化物和粉尘超低排放改造进行探讨。

(1)低氮燃烧技术

低氮氧化物燃烧技术是从源头治理,主要包括低氮燃烧器和分解炉分级燃烧技术。低氮燃烧器通过增加燃烧器风道,降低一次空气比例,使煤粉分级燃烧。分解炉分级燃烧技术利用助燃风分级或燃料分级加入,形成的贫氧气氛或富燃料区域,产生一定量的CO、CH4、H2、HCN和固定碳等还原剂。这些还原剂与窑内产生的NOx发生反应,将NOx还原成N2等无污染的惰性气体。此外,煤粉在缺氧条件下燃烧也抑制了自身燃料型NOx的产生,使出分解炉的NOx含量大幅度降低,从而实现水泥生产过程中的NOx的减排的目的。反应式如下:

 2CO+2NO=N2+2CO2

 NH+NH=N2+H2

 2H2+2NO=N2+2H2O

所以在使用分级燃烧技术降低氮氧化物时,为了控制窑内气氛,首先应根据所使用的燃料类型,结合生料中的硫、碱含量等,在窑尾烟室、分解炉锥体等部位加装良好的、易于调整的燃烧器,有利于煤粉在贫氧区生成CO,同时因为锥部区域风速较大,有利于煤粉的分散,并避免产生局部高温区;其次可适当将三次风管进行上移,保持窑内微氧化气氛,延长还原剂还原NOx的时间。,从而使氮氧化物能够最大限度的降低。

(2)选择性非催化还原技术(SNCR)

选择性非催化还原法(SNCR)是从末端治理,在无催化剂存在条件下将氨或尿素等还原剂利用机械雾化和携带风喷入炉内高温区,将氮氧化物还原成N2与H2O的方法。还原剂喷入窑炉尾部(或分解炉的中下部)合适的温度区间(一般在850℃-1050℃之间),脱硝效率30%-70%。反应式为:

4NH3+4NO+O2→4N2+6H20

6NO2+8NH3→7N2+12H2O

所以在使用SNCR脱硝技术降低氮氧化物时,选好喷射位置,一般选在C5入口位置,尽可能将还原剂喷入到炉内最有效温度窗口区域内,保证还原剂与NOX最大限度的反应,提高还原剂利用率,降低氨水用量和氨逃逸。要达到超低排放的标准,还要特别考虑还原剂在相应温度窗区域的精细分布程度,所以选择雾化效果好的喷枪十分重要,例如双流体喷枪有良好的雾化效果和抗堵塞功能,其次在调试优化期间,必须合理调节每支喷枪的雾化性能和流速,扩大喷洒覆盖面积,为水泥熟料生产线的特性设定科学合理的NH3/NOx摩尔比,在氨逃逸不超标的情况下,以达到反应最充分、脱硝效果最好。

(3)袋式除尘器

现在水泥行业多数采用气箱脉冲袋收尘器,但相较来说,喷吹脉冲袋收尘器比气箱脉冲袋收尘器在空间利用和布置上更合理,进出气方式更灵活,而且现在不断出现的高性能滤袋及除尘器结构技术完全可以做到粉尘排放浓度≤10mg/m3,满足超低排放标准。所以要实现有组织粉尘的超低排放,更换或者在原气箱脉冲袋除尘器的基础上改造升级为喷吹脉冲袋除尘器更有效果。

  • 水泥行业无组织粉尘治理内容

水泥行业中可能产生无组织粉尘排放的环节有矿石开采、原辅料及成品储存、原辅料及成品输送、工艺过程。所以无组织粉尘的治理需全面加强爆破开采、物料储存、输送及生产工艺过程无组织排放控制,推进大宗物料的清洁运输,强化扬尘综合治理。以金隅冀东水泥企业在无组织粉尘治理方面的措施为例,可实现水泥行业无组织粉尘的超低排放。

  • 矿石爆破开采:爆破期间合理使用爆破抑尘车,开采使用自带收尘设施的钻机,如阿特拉斯钻机,开采面全方位覆盖雾炮抑尘车,实现爆破开采环节无组织粉尘的超低排放。

  • 原辅料及成品储存:全部采用密闭储存库或全封闭料棚进行存储,物料装卸过程喷淋喷雾等抑尘措施,料棚安装收尘设施和实用型红外线感应堆积门,物料出口安装喷雾抑尘装置和车辆冲洗装置,所有料棚外加装微型监测设备,实时开展无组织排放监测和视频监控,通过采取这些措施,能够保证原辅料储存环节对无组织粉尘排放进行严格管控,实现原辅料储存环节无组织粉尘的超低排放。

  • 原辅料及成品输送:所有物料转移、运输全部采用全密闭皮带、封闭通廊、管状带式输送机和密闭车厢、真空罐车、气力输送等输送方式进行运输,能够使得输送过程中无组织粉尘最大限度的回用和管控。考虑到实际情况中资金投入及地理位置等多方面因素,多数企业无法实现管道输送、气力输送等运输方式,仍采用车辆运输方式进行原辅材料的转运,所以生产运输道路需全部硬化,裸露土石方全部绿化,并配备高效机扫车、吸尘车、洒水车,进出厂道路安装车轮清洗装置,物料运输车辆采用新能源车辆或国六排放标准汽车。运输车辆全密闭。实现原辅料及成品输送环节无组织粉尘的超低排放。

  • 工艺过程:磨机前喂料装置密闭,磨尾卸料口和除尘器出灰口安装锁风装置,回转窑系统保持微负压,无漏风、漏料现象,这样可实现工艺生产过程中无组织粉尘的超低排放。

  • 结论

在“绿水青山就是金山银山”的生态文明建设的新政策下,从政府加强环境保护和人民追求美好生活的角度出发,现在各地水泥行业的超低排放限值正在逐步降低,已然成为新环保标准修订的基础,同时各地政府部门在秋冬采暖季期间,通过加强污染物超低排放的管控力度,引导工业企业开展规范化建设,鼓励企业进行提标升级改造,依照规范评定差异化管理等级,逐级带动地方企业提高环保意识和水平,由此产生的环保效益和经济效益同步并进。水泥行业超低排放改造已势在必行,所以只有学习先进经验,努力向绿色花园式企业迈进,全面打赢蓝天保卫战,才是水泥企业的真正出路。

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