德国Clear Edge公司创新技术助力水泥窑炉烟气深度治理

为贯彻《中华人民共和国环境保护法》《中华人民共和国大气污染防治法》，推动大气污染防治领域技术进步，满足污染治理对先进技术的需求，2019年7月，生态环境部网站发布了生态环境部、国家发展和改革委员会、工业和信息化部、财政部联合印发的《工业炉窑大气污染综合治理方案》的通知。通知表明，工业炉窑广泛应用于钢铁、焦化、有色、建材、石化、化工、机械制造等行业，对工业发展具有重要支撑作用，同时，也是工业领域大气污染的主要排放源。相对于电站锅炉和工业锅炉，工业炉窑污染治理明显滞后，对环境空气质量产生重要影响。京津冀及周边地区源解析结果表明，细颗粒物（PM2.5）污染来源中工业炉窑占20％左右。

此次治理的目标是，到2020年，完善工业炉窑大气污染综合治理管理体系，推进工业炉窑全面达标排放，京津冀及周边地区、长三角地区、汾渭平原等大气污染防治重点区域工业炉窑装备和污染治理水平明显提高，实现工业行业二氧化硫、氮氧化物、颗粒物等污染物排放进一步下降，促进钢铁、建材等重点行业二氧化碳排放总量得到有效控制，推动环境空气质量持续改善和产业。

随着非电行业超低排放政策的实施，水泥窑炉烟气治理中氮氧化物及粉尘的深度治理将是继实现超低排放的核心技术之一。

德国Clear Edge公司结合水泥窑炉复杂的烟气工艺特点，率先开发出“高温陶瓷纤维催化滤管脱硝除尘一体化技术”，具有低阻高效的显著优点。德国总部Purohit博士和中国负责人祁建伟总监提到，德国Clear Edge的 Cerafil TopKat高温陶瓷纤维催化滤管脱硝除尘一体化技术，结合高过滤效率和高温SCR催化反应,已于2014年10月在意大利Cementi水泥窑熟料冷却烟气成功投运并稳定运行，稳定运行超过5年。氮氧化物脱除效率在80%以上（彼时欧洲排放标准），粉尘排放浓度稳定达到5mg/Nm3以下。对水泥行业氮氧化物和粉尘的深度减排具有重要的引领示范作用。至今德国Clear Edge在全球有超过300台套成功应用案例,该公司被认为是全球技术的引领者和最有经验的高温陶瓷纤维催化滤管供应商。

01前言

SCR脱硝技术在我国电力行业应用成熟，氮氧化物排放可低至50mg/Nm3以下。在煤电行业实行“超低排放”的背景下，目前水泥窑炉烟气污染物也面临趋严的排放压力。随着我国经济的高速发展，作为国民经济的重要基础产业，水泥工业已经成为国民经济社会发展水平和综合实力的重要标志。目前，我国拥有水泥企业近6000家，水泥产量连续多年位居世界首位，2018年水泥总产量更是高达近22亿吨。与此同时，水泥工业氮氧化物的排放总量也呈逐年上升之势，已是居火电工业、汽车尾气排放之后的第三大氮氧化物排放大户。就水泥工业而言，在大气污染方面的污染物除了水泥窑炉烟气中的氮氧化物之外，还包括粉尘污染，其粉尘排放量占全国工业行业粉尘排放总量的40%左右。因此，对水泥窑炉烟气进行脱硝除尘一体化的综合治理，降低水泥工业氮氧化物和粉尘的排放，缓解由此引发的一系列环境问题，已经成为亟待解决的环保任务。

2018年以来，多省市连续出台水泥工业大气污染物特别排放值实施计划，要求1-2年内，水泥行业全部完成超低排放改造，最严苛地区要求颗粒物、二氧化硫、氮氧化物排放浓度要分别不高于10 mg/m3、30 mg/m3、50 mg/m3。水泥行业面临巨大的氮氧化物及粉尘减排压力，排放标准进一步收紧已是未来发展的大趋势。“高温陶瓷纤维催化滤管脱硝除尘一体化技术”技术作为全世界应用广泛高效的氮氧化物与粉尘一体化脱除技术，将成为水泥行业氮氧化物及粉尘治理最理想的技术路线之一。

02高温陶瓷纤维催化滤管技术核心

德国Clear Edge 公司“高温陶瓷纤维催化滤管脱硝除尘一体化技术”结合了成熟的“干法脱硫+一体化除尘+ SCR脱硝”的工艺优点,同时避免了该技术的缺点。脱硫、脱硝、除尘实现一体化,大大减少了占地面积;同时陶瓷纤维滤管的复合结构避免了布袋的挠性及糊袋隐患,除尘效果更优,寿命最高可达5-8年,大大优于滤袋寿命。

该技术的一些关键功能包括:

2.1特殊的滤管生产工艺成就了滤管的高孔隙率。有效的表面过滤, 能够更容易释放表面灰尘，对于处理类似水泥窑炉的高灰烟气具有良好效果，并保持较低压降。

2.2高温陶瓷纤维催化滤管Cerafil TopKat里的催化剂因其以纳米级别存在于滤管壁内纤维表面，从而受到保护, 能够有效避免催化剂中毒和（或）失活, 其活性在滤管壁内可保持数年，相对传统的蜂窝状选择性催化还原 (SCR) 系统具有显著优势。在水泥生产过程中燃料燃烧及原料加热过程中会产生各种污染物包括汞，酸气，NOX, SOX, CO2, 二恶英，有机有害污染物 (o-HAPS), 总烃(THC)及物质颗粒物 (PM)，表面过滤及滤饼层将重金属，酸性气等有效阻隔和脱除，洁净气体在滤管内部进行催化反应。

03高温陶瓷纤维催化滤管一体化关键技术路线优势

高温陶瓷纤维催化滤管一体化脱硫脱硝除尘系统主要包括烟气调温系统、干法脱硫系统、废料储存系统、陶瓷滤管一体化脱硝除尘设备、电气控制系统等。窑炉高温烟气先经过降温系统，将烟气温度调节至320~360℃后，喷入熟石灰和氨水，与烟气充分混合后随烟气进入陶瓷滤管一体化脱硫脱硝除尘系统，处理后的达标烟气经引风机送至烟囱外排，完成整个脱硫脱硝除尘过程。

传统的烟气治理系统处理步骤多，设备大且数量多、占地面积大、企业投资大，后期运行的成本高，如采用高温电除尘，电极经常被灰尘覆盖，需经常清理；脱硫过程产生的碳酸钙、亚硫酸钙、硫酸钙废渣需要进行固废处理。

而陶瓷催化滤管一体化脱硫脱硝除尘技术集脱硫、脱硝、除尘一体化，由于处理流程得以简化，所以设备数量减少，体积减小，装置更加集中紧凑，总占地面积仅占传统烟气治理系统的1/3。

此外，陶瓷催化滤管一体化脱硫脱硝除尘系统的排烟温度在180~200℃左右，这使得排放烟气无烟羽，进一步满足企业烟气脱白的要求。

因此，陶瓷催化滤管脱硫脱硝除尘一体化技术可以应用在水泥窑炉等多行业烟气治理的一项新技术，同时实现脱硫、脱硝、除尘一体化协同处理治理技术，在水泥行业具有较好的推广和应用价值。它尤其适用于新建水泥窑生产线，可应用于窑头以及窑尾，同时也适用于玻璃窑炉，垃圾焚烧等其他工业领域。

04工程案例

德国Clear Edge的 Cerafil TopKat高温陶瓷纤维滤管技术已经成功在全球有超过300台套成功应用案例,包括，水泥窑炉烟气，玻璃窑炉烟气，垃圾焚烧烟气治理等行业。被认为是全球技术的引领者及最有经验的高温纤维陶瓷催化滤管供应商，2014年10月投运的意大利某水泥厂烟气处理装置，脱硝效率一直稳定>80%(彼时欧盟标准)，颗粒物排放浓度＜5mg/m3。该装置分两线，投运后4个月内使用竞争对手滤管的除尘站出现多达400根断管。Clear Edge进行CFD模拟后，确认Cerafil TopKat可接受全风量通过，以便最终用户及时检修。即使2倍流量下，仍能满足出口颗粒物排放浓度<5mg/Nm3，压降约1800-1900Pa。

图3 意大利某水泥窑除尘脱硝一体化工程案例

05结语

德国Clear Edge高温陶瓷纤维催化滤管创新技术有如下优势：

1. 真正实现脱硫除尘脱硝除尘一体化，脱硝效率可高达95%，除尘效率>99%，节省占地面积，降低投资成本及运行成本；

2. 机械强度高，能够抵抗来自熟料粉尘的磨损，能偶耐受反吹空气的压力有效除灰的同时保持较低压降。

3. 使用寿命长，使用寿命最高可达5-8年以上，较传统布袋除尘器使用寿命相比，大大延长；

4. 能耗低，使用陶瓷纤维催化滤管无需气体冷却或换热器，整个烟气处理系统流程简化，装置能效得以充分优化

5. 陶瓷滤管可对高温熟料烟气进行过滤，可对高温烟气进行热回收从而提高能量利用。

06 参考文献

l CHISEM, I. and LYDON, R.’Developments and Case Studies in Hot Gas Filtration for Gaseous Waste Streams’ Filtration Journal, Vol 14, pp.208-210

l PUROHIT,P.J., CHISEM,I. and LYDON,R.’Hot Gas Ceramic Filtters for Cement Plant’ World Cement Journal, (November 2015)

l 祁建伟德国Clear Edge高温陶瓷滤管脱硝除尘一体化引领玻璃行业创新技术.北极星环保网.2019.05

作者简介：祁建伟，美国FGC集团德国Clear Edge公司，技术总监。主要研究方向：烟气脱硫、脱硝、除尘及超净排放治理。德国鲁尔波鸿大学工学硕士。Email：Jerry.qi@filtrationgroup.com

作者简介：张晓梅，美国FGC集团德国Clear Edge公司，北方区技术销售经理。Email:xiaomei.zhang@filtrationgroup.com