水泥行业NOx超低排放技术课件

水泥行业NOX超低排放

技术刍议中国水泥协会高级顾问贾华平水泥行业NOX超低排放

技术刍议1水泥行业NOX超低排放之技术刍议一，超低排放的演化二，超低排放的难题三，现行NOX超低排放技术评述水泥行业NOX超低排放之技术刍议2三，现行NOX超低排放技术评述由于时间的关系，这里仅根据技术特点，选择一部分有代表性的技术方案作一个简单的评述，井底刍议、仅供参考。为什么是刍议，各个企业、甚至每条线的环境和工况都不相同，就需要不同的技术共存发展。不存在哪种技术是最好的，而是哪种技术最适合自己，最适合的才是最好的。这里只谈已经有应用业绩、至少在工业试验上获得验证的技术：三，现行NOX超低排放技术评述由于时间的关系，这里仅根据技术31，以精准喷氨为代表的上海万澄目前水泥窑的SNCR空间上设在分解炉，然而分解炉的温度场不是均匀分布的、而且不是固定不变的。喷氨脱硝有一个温度窗口，在窗口以外的喷氨不但是无效的，而且会造成氨逃逸、形成氨污染，这就是造成SNCR脱硝效率不高的根本原因。因此，智能控制精准喷氨就成为提高SNCR效率的有效措施。1，以精准喷氨为代表的上海万澄目前水泥窑的SNCR41，以精准喷氨为代表的上海万澄

上海万澄环保科技有限公司，在这方面的研究就取得了突破，其提出的“智能优化控制+SNCR”技术，经海螺白马山、四川国大、四川德胜三条5000t/d线的实施验证，均取得了NOX排放浓度稳定控制在低于50mg/m³以下的效果。1，以精准喷氨为代表的上海万澄上海万澄环保科51，以精准喷氨为代表的上海万澄其原理主要是：采用分层级安装可独立控制的喷枪组，利用智能实时优化控制系统对NOx排放进行预测，对生产工况的变化实时跟随，根据工况及时调整并分别控制氨水的喷射位置及喷射量，从而达到提高脱硝效率、减少氨水用量、降低氨逃逸的目的。1，以精准喷氨为代表的上海万澄其原理主要是：61，以精准喷氨为代表的上海万澄

中控操作画面截图1，以精准喷氨为代表的上海万澄71，以精准喷氨为代表的上海万澄现场喷氨控制阀集成柜1，以精准喷氨为代表的上海万澄81，以精准喷氨为代表的上海万澄该技术的优点：一次性投资很小，管理维护方便；问题：氨水消耗量较大、运行成本较高，对烧成工况波动较大的生产线难以适应。比如在某厂进行的6天试验，结果如下：①NOx控制在200mg/Nm3时，氨水实际用量为742L/h；②NOx控制在100mg/Nm3时，氨水实际用量为1169L/h；③NOx控制在50mg/Nm3时，氨水实际用量为1356L/h。1，以精准喷氨为代表的上海万澄该技术的优点：一次性投资很小92，多项脱硝措施组合增效的上海三融面对NOX排放愈来愈严的要求，采用多项成熟技术的组合增效，不失为一种简单有效的方法，上海三融公司就集合组成了“分级燃烧+SNCR+蒸汽催化燃烧”脱硝技术。该技术试验的厂家比较多，积累了不少经验，为水泥行业脱硝事业作出了积极贡献。典型的代表是在江苏信宁新型建材有限公司5000t/d线上的试验，以下是试验、改进、优化前后的对比表，和2019年05月10的运行截图。2，多项脱硝措施组合增效的上海三融面102，多项脱硝措施组合增效的上海三融2，多项脱硝措施组合增效的上海三融112，多项脱硝措施组合增效的上海三融2，多项脱硝措施组合增效的上海三融122，多项脱硝措施组合增效的上海三融由以上表和图可见，该技术的优点：一次性投资较小，管理维护简单；问题：分料、分煤过于复杂，特别给工况波动时的操作调整带来一定困难，较大的工况波动将影响脱硝效果，氨水消耗量较大、运行成本较高。2，多项脱硝措施组合增效的上海三融由以上表和图可见，133，保留SNCR的高温中尘SCR西矿环保西矿环保公司的“SNCR+高温电除尘+SCR”方案，充分利用SNCR的经济性和SCR的高效性，以高温保证催化剂效率，以除尘缓解催化剂的堵塞、中毒、磨损问题，以并用SNCR减轻SCR的负担，较好的适应了水泥行业的特点，并成功应用于河南登封宏昌的脱硝项目。3，保留SNCR的高温中尘SCR西矿环保143，保留SNCR的高温中尘SCR西矿环保宏昌项目投资约4000万元，改造工期约4个月，2018年9月份投运，系统阻力1000Pa左右，温度降低10℃左右，原SNCR还原剂消耗量降低。2018年10月14日通过专家组验收，NOX排放浓度可稳定实现50mg/Nm3以下，脱硝率可达90％以上，氨逃逸小于3ppm。3，保留SNCR的高温中尘SCR西矿环保宏昌153，保留SNCR的高温中尘SCR西矿环保该项目的成功受到了各级政府、以及整个水泥行业的重视。2019年06月20日，国家生态环境部科技与财务司司长邹首民等，曾亲临现场调研指导。项目的工艺流程图、宏昌公司现场图如下：3，保留SNCR的高温中尘SCR西矿环保该项163，保留SNCR的高温中尘SCR西矿环保3，保留SNCR的高温中尘SCR西矿环保173，保留SNCR的高温中尘SCR西矿环保3，保留SNCR的高温中尘SCR西矿环保183，保留SNCR的高温中尘SCR西矿环保该技术的优点：高温保证了稳定的脱硝效率，高温避开了硫酸氢铵的粘结堵塞，除尘缓解了催化剂的堵塞、中毒问题；问题：一次性投资较大，催化剂的更换费用较高，催化剂的寿命还有待进一步观察，环节较多管理相对复杂，特别是高温、高空电除尘器的运行维护。3，保留SNCR的高温中尘SCR西矿环保该技术的优点：194，高温高尘SCR蒂森克虏伯蒂森、克虏伯、伯力鸠斯，这几个都是世界上很牛的公司，现在又组合成一家了，更是牛叉！

关于水泥行业的高尘特点，他们认为没有问题，高尘反而有利于缓解催化剂中毒；至于堵塞问题，他们有有效的清灰手段。因此，他们直接采用高温高尘的SCR工艺，据说他们有成熟的经验，在德国的几条线也是这么干的，而且都运行良好。其工艺流程如下图所示：4，高温高尘SCR蒂森克虏伯蒂森、克204，高温高尘SCR蒂森克虏伯4，高温高尘SCR蒂森克虏伯214，高温高尘SCR蒂森克虏伯据介绍，蒂森克虏伯在水泥行业已有13年以上的催化剂脱硝运行经验，其成熟的技术是世界范围内高尘SCR应用最多的解决方案，多年的经验表明高尘SCR是降低NOX最经济的方案。他们已经掌握了相关的清灰工艺，并在多个工厂得到了验证。与标准陶瓷蜂窝催化剂相比，公司对催化剂进行了关键改进，大幅增加了催化剂的使用寿命，自2013年8月以来，其所有SCR项目全年运行率都超过了95%。4，高温高尘SCR蒂森克虏伯据介绍，蒂森克虏伯在水泥行业已224，高温高尘SCR蒂森克虏伯对于一般的5000t/d生产线，目前为双塔方案，设备采购时间约5～6个月，现场安装和对接时间约2个月，项目投资在4000万元左右。该公司正在针对5000t/d线开发单塔方案，下一步采用单塔方案、以及催化剂国产化后，总投资有望降到3000万元左右。4，高温高尘SCR蒂森克虏伯对于一般234，高温高尘SCR蒂森克虏伯根据他们已有

水泥行业十余条生产线十几年的运行经验，大致可以做到2-3年换一层催化剂，一般设计为4层催化剂，一层催化剂基本可以用到10年左右。当然，催化剂寿命与烟气及粉尘组份有关，具体的使用寿命将根据项目的具体情况提供一个预期的寿命管理。4，高温高尘SCR蒂森克虏伯根据他们已有244，高温高尘SCR蒂森克虏伯正是人以类聚，牛人找牛人啊！在大家一脸茫然之际，中国水泥最牛的海螺水泥选择了蒂森克虏伯的脱硝技术，而且一干就是两条线。目前，海螺济宁已经投运，海螺南京即将投运。济宁海螺的现场图如下：4，高温高尘SCR蒂森克虏伯正是人以类聚，牛人找牛人啊！254，高温高尘SCR蒂森克虏伯4，高温高尘SCR蒂森克虏伯264，高温高尘SCR蒂森克虏伯济宁海螺项目于2019年08月21日投产运行，整个系统阻力不到400Pa，高温风机电耗增加不多。SNCR已经停用，目前只使用SCR系统，进口NOx浓度在600～700mg/Nm3,出口浓度在50～60mg/Nm3，氨水（20%浓度）使用量在600kg/h左右，氨逃逸稳定在2～3mg/Nm3左右。全面实现了NOX排放≤100mg/Nm3，氨逃逸≤8mg/Nm3的目标。4，高温高尘SCR蒂森克虏伯济宁海螺274，高温高尘SCR蒂森克虏伯需要说明的是，仅管改造的目标是NOX排放≤100mg/Nm3，但还是安排了更高目标的试验，短时间运行了几个小时，可以将NOX排放稳定控制在20～27mg/Nm3。该技术的优点：高温保证了稳定的脱硝效率，高温避开了硫酸氢铵的粘结堵塞，系统流程简化方便了管理、减小了维护量；

问题：一次性投资较大，催化剂的更换费用较高，在高尘状态下催化剂的寿命还有待进一步观察。4，高温高尘SCR蒂森克虏伯需要说明的是，仅管改造的目标是285，分解炉直喷脱硝剂南工大SCR是目前脱硝超低排放技术的顶梁柱，其技术核心是脱硝催化剂。遗憾的是，目前国内外商用的脱硝催化剂均为V2O5/TiO2体系，而美国、欧盟环境署、中国国家环保部都已将V2O5定为剧毒污染物。

SCR的催化剂不仅在使用中存在堵塞、中毒问题，在已有生产线的改造设计上存在空间布局的困难，而且还存在催化剂老化后的保管、回收问题。5，分解炉直喷脱硝剂南工大SCR是目295，分解炉直喷脱硝剂南工大南京工业大学材料化学工程国家重点实验室的祝社民团队，在有关部门的同力支持下，毅然另辟蹊径、放弃了SCR技术，转向研发了一种稀土基直喷脱硝剂，而且脱硝性能初步试验达到了国际领先水平。2014年入选国家鼓励发展的重大环保技术，2016年被国家三部委指定为钒基催化剂的替代产品，2017年被环保部评为国际百强环保技术，入选工信部重点新材料首批次应用示范项目。5，分解炉直喷脱硝剂南工大南京工业大学材料化学工程国家重点305，分解炉直喷脱硝剂南工大该成果在研发过程中，曾经获得如下财政支持：①在基础研究阶段，获得国家自然科学基金4项，分别是50872052、51172107、21106071、51272105；②在应用研究阶段，获得国家“863”计划专项2009AA05Z313；③示范工程阶段，获得国家“十二五”科技支撑计划2012BAE01BO3；④产业化阶段，获得国家发改委新兴产业及产业结构调整专项发改办产业（2011）1935。5，分解炉直喷脱硝剂南工大该成果在研发过程中，曾经获得如下315，分解炉直喷脱硝剂南工大鉴于水泥生产中废气含尘浓度高的特点，催化剂载体的堵塞始终是难以逾越的障碍，项目另辟蹊径采用了向分解炉喷射的新方案；根据停留时间和分散度的需要，在分解炉下部喷入粉状脱硝剂、在分解炉上部喷入液体脱硝剂。上部喷入的液体脱硝剂，只是比氨水粘稠一些，原有的喷（氨）系统可资利用，不用新建喷入系统，几乎不需要直接投资。5，分解炉直喷脱硝剂南工大鉴于水泥生产中废气含尘浓度高的特325，分解炉直喷脱硝剂南工大项目带头人祝社民介绍：2018年底，经甘肃某水泥厂、江苏某水泥厂试验表明，

在窑尾NOx为1100PPM的情况下，NOx排放值可稳定控制在50mg/Nm3以下，甚至更低；下一步的工作，主要是对脱硝剂喷入点和喷入量进行进一步优化，优化后即可进行全面推广。5，分解炉直喷脱硝剂南工大项目带头人祝社民介绍：335，分解炉直喷脱硝剂南工大祝社民做项目初步验收报告5，分解炉直喷脱硝剂南工大345，分解炉直喷脱硝剂南工大祝社民表示，感谢江苏兴宁提供了试验机会，试验效果很好。该生产线为5700t/d熟料线，加入量300～400kg/h，在停掉SNCR喷氨后、上下同时喷入该催化剂，能将NOX稳定控制在50mg/Nm3以下。在利用现有SNCR喷氨设备的情况下，改造费用只有普通SCR改造的1/20；而且不存在催化剂回收问题、更不存在氨逃逸问题；。5，分解炉直喷脱硝剂南工大祝社民表示，感谢江苏兴宁提供了试355，分解炉直喷脱硝剂南工大祝社民表示：与SNCR控制200mg/Nm3相比，根据窑尾废气的NOX含量大小（800～1200mg/Nm3），控制50mg/Nm3以下的脱硝成本估计增加4～8元/t熟料。那么，综合考虑“投资成本+运行成本”与SCR相比，南工大的“分解炉直喷脱硝剂”技术是否具有优势呢？5，分解炉直喷脱硝剂南工大祝社民表示：与SNCR控制200365，分解炉直喷脱硝剂南工大我们设定几个条件比一下看看：按5000t/d水泥窑脱硝考虑，SCR脱硝的一次性投资按4000万元计算，现有一年期贷款利率考虑各企业贷款条件在5.6～6.0%之间，一年以后按滚动还旧贷新，设定利率不变。SCR一次性投资的单位成本构成如下表：5，分解炉直喷脱硝剂南工大我们设定几个条件比一下看看：375，分解炉直喷脱硝剂南工大5，分解炉直喷脱硝剂南工大385，分解炉直喷脱硝剂南工大由此可见，SCR一次性投资的成本并不算高，最高的也不到2元/t熟料。也就是说，祝社民的脱硝技术，运行成本不得比SCR高出1.7元/t熟料、有的甚至不得高出1.3元/t熟料，否则就没有竞争力了！遗憾的是，祝社民的估算它比现有SNCR还要高4～8元/t熟料。5，分解炉直喷脱硝剂南工大由此可见，395，分解炉直喷脱硝剂南工大该技术的优点：一次性投资极低，管理维护简单，操作使用方便，运行稳定可靠，不存在氨逃逸，不存在催化剂回收；问题：主要在于运行成本的大小，初略估计运行成本已经高到难以接受的程度。但愿随着技术的成熟，运行成本能降到可以接受的程度。5，分解炉直喷脱硝剂南工大该技术的优点：一次性投资极低，管406，回到分级燃烧洪堡公司我们再熟悉不过的预分解水泥工艺，实际上就是一种分级燃烧，所以我们对分级燃烧有一种亲切感，这是我们的本质。在控制MOX排放的初期，我们很自然的又采用了分级燃烧，只是随着排放标准的提高，原有的分级燃烧无法满足脱硝需要的情况下，我们又借鉴其他行业的经验，逐步扩展到SNCR以至SCR，结果把脱硝搞得越来越复杂。6，回到分级燃烧洪堡公司我们再熟悉416，回到分级燃烧洪堡公司那么，分级燃烧是否还有改进优化的空间呢？洪堡公司就“不忘初心”，又对分级燃烧做了认真的分析研究，结果出乎预料，获得了很好的脱硝效果。使一项初级的脱硝技术蜕变为先进的脱硝手段，不仅获得了理想的脱硝效果，而且还兼得了提产和节能降耗。6，回到分级燃烧洪堡公司那么，426，回到分级燃烧洪堡公司就烧成系统来讲，我们都知道回转窑是NOX的主要来源，却把主要精力放在了分解炉改造上，而对受到空间制约的窑尾烟道和分解炉锥体几乎没有反抗，虽然也取得了一定的效果，但要达到超低排放可就难了。而洪堡公司正是看透了这一点，他们将主要精力用在了后窑口，大幅度加长了窑尾烟道、专门给后窑口加了蒸发室，将窑尾烟气在进入分解炉前、就将NOX控制在了100mg/Nm3以下，大大降低了分解炉的脱硝负担。6，回到分级燃烧洪堡公司就烧成系统来讲，我们都知道回转窑436，回到分级燃烧洪堡公司窑尾改造平面图6，回到分级燃烧洪堡公司446，回到分级燃烧洪堡公司窑尾改造三维图6，回到分级燃烧洪堡公司456，