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专家浅议水泥生产的脱硝问题

北极星环保网来源:水泥工程技术 贾华平2017/7/11 13:51:40我要投稿

另一方面,还原剂在温度窗口内的停留时间与脱硝效率有很强的相关性。试验表明,要想获得理想的脱硝效率,还原剂在温度窗口内的停留时间至少要达到0.5s以上,这又增加了喷嘴的布置和跟踪难度。

由于SNCR与SCR比,具有一次性投资较小、运行成本较低、占用空间较小的优点,因此才成为目前水泥行业脱硝的主推技术。但我们必须清楚,SNCR还存在上述多种缺点。

另外,氨水消耗量巨大,根据某使用者经验,一条5000t/d熟料线,每小时就需要用25%的氨水约2.8吨,约为SCR的16倍之多,氨水资源也是个问题;还有,因为有2800kg/h的氨水入炉,分解炉在用煤、用风上也要做必要的调整。氨水作为脱硝剂加入炉内,升温、汽化、脱硝反应都需要吸热,将直接增加熟料热耗约25kcal/kg熟料,同时增加预热器废气量约6000m3/h,导致排风机电耗增加约20kW/h。

根据喷氨对温度窗口的跟踪情况,该项措施一般能降低NOX排放50%~80%。

2,不得不说的遗憾

2012年3月17日杭州的脱硝会议上,行业知名专家高长明介绍,截止2012年2月底,除中国外,全球水泥工业正式投运的SNCR共有70余套,占全世界水泥窑总数约2%(70/3700);其中,欧洲欧洲60套,占欧洲水泥窑总数约9%(60/650);德国正式投运的SNCR共有28套,占其水泥窑总数约40%(28/68)。全世界水泥工业正式投运的SCR更是少得可怜,仅有意大利Monselice(2006年)和德国Sudbayer(2011年)两个水泥厂。

SNCR脱硝的不足在于大量使用氨水,这在一定程度上存在转嫁环境污染的嫌疑。有数据显示,一条2500t/d熟料生产线,如果要把1000mg/Nm3的NOx排放降到500mg/Nm3以下,采用SNCR技术,选用氨水(浓度25%)作为还原剂,每年需要耗费氨水62280吨,相当于25691吨标准煤。

合成氨本身就是高污染产业,这种拆东墙补西墙的做法似乎有些遗憾。采用SNCR脱硝,氨逃逸不可避免,根据国家脱硫、脱硝工程技术研究中心的数据显示,SNCR脱硝氨逃逸率可达到10ppm~15ppm,在解决水泥窑一种污染的同时,又造成了水泥窑的另一种污染。

重庆水泥协会会长马泽民曾提供了一组有关专家的推测数据:全国所有预分解窑水泥熟料生产线,如果均采用SNCR脱硝技术,脱氮率达60%时,用氨量在100万吨左右。而合成100万吨合成氨将会消耗155万吨标煤,还将产生50万吨废渣,387万吨二氧化碳,105.4万吨碳粉尘,11.6万吨二氧化硫和5.8万吨氮氧化物。

近年来华北地区雾霾频发,已经引起了举国上下的高度关注。据清华大学和德国马克斯˙普朗克化学研究所的研究表明,硫酸盐是重污染形成的主要驱动因素。重污染期间硫酸盐在大气PM2.5中是占比最高的单体,质量占比可达20%,“在大气细颗粒物吸附的水分中,二氧化氮与二氧化硫的化学反应,是当前雾霾期间硫酸盐的主要生成路径”。

华北地区大量存在的氨、矿物粉尘等碱性物质,呈现特有的偏中性环境,使二氧化氮氧化机制的反应速率大幅提高,促使二氧化硫和二氧化氮溶于空气中的“颗粒物结合水”迅速生成。由此可见,硫氧化物是雾霾的内因,氮氧化物是外因,氨和碱性粉尘是催化剂。有研究表明,氨对雾霾的形成有很强的催化作用,尽管目前还缺少定量分析,但氨的排放和逃逸还是越少越好。

SNCR只能作为一项过度措施,暂时满足现阶段的环保要求。随着环保要求的提高,单独依靠SNCR并不能稳定、可靠地实现减排目标,最终将采用燃烧工艺优化、分级燃烧等技术初步降低NOx浓度,再采用SCR技术进一步脱硝,才是切实可行的方案。

所以笔者认为,就现阶段中国的水泥窑脱硝来讲,没必要照搬国外的模式,应暂以降低氮氧化物的产生为主,通过工艺改造稳定窑的煅烧,窑前采用低氮氧化物燃烧工艺和燃烧器,窑尾采用分级燃烧工艺等低投入的措施。要发挥我们能集中力量办大事的优势,把重点放在SCR技术的突破上,降低投资和运行成本,在未来再增加SCR脱硝,以实现我国水泥工业NOx排放的彻底解决。

正待突破的SCR

上节讲了SNCR的脱硝局限性和负面效应,同时建议把重点放在SCR技术的突破上,但十分遗憾的是,目前SCR主要用在电力等其他行业,在水泥行业几乎都没有考虑。

SCR的脱硝效率是无可置疑的,关键是一次性投资太大、运行成本太高。全世界水泥工业正式投运的SCR,仅有意大利Monselice(2006年)和德国Sudbayer(2011年)两个水泥厂,少得可怜。

1,选择性催化还原脱硝SCR

选择性催化还原(SelectiveCatalyticReduction,SCR)技术,是目前世界上的脱硝主打技术。以氨水或尿素为脱硝剂,在吸收塔内的催化剂作用下作催化选择吸收,脱硝率可达80%~90%。

SCR目前已成为电力行业脱硝的主打技术,但在水泥行业的工业实践才刚刚开始,运行过程中还存在诸多问题。例如,烟气尘粒堵塞催化剂层问题,烟气中的碱性物质、CaO、SO2会使催化剂中毒失效问题等。

现在普遍应用的催化剂是以蜂窝状模块化多孔TiO2为载体(见图21-04),表面敷有主催化剂V2O5、辅催化剂WO3,称为钒钛基催化剂,用V2O5-WO3/TiO2表示。其中V2O5起催化作用,WO3起拟制SO2/SO3转换的作用。其中V2O5约1%~5%、WO3约5%~10%、TiO2>85%。

蜂窝状模块化多孔TiO2载体

水泥窑脱硝

SCR的核心技术是催化剂,催化剂的成本已占到总体成本的30%~50%,我国以前全部依赖进口,直到去年才有国内的公司投产。目前世界上的催化剂生产厂家主要有:美国的康宁公司,欧洲的亚吉隆公司、托普索公司、巴斯夫公司、索拉姆公司,日本的日立公司、日立造船公司、日本触媒公司、触媒化成公司,韩国的SK公司等。

延伸阅读:

水泥炉窑SNCR及SCR烟气脱硝技术比较

水泥企业脱硝减排SNCR工艺注意问题

水泥脱硝之水泥窑几种典型脱硝技术的比较与分析

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