水泥窑低温SCR脱硝技术研究

发表时间:2018-12-21 16:19

作为世界水泥的主要生产国,中国在2016 年的水泥产量接近24 亿t,全国上规模的水泥生产线超过2300  条,占世界产量的一半以上。在水泥生产过程中每年排放氮氧化物约200  万t,约占全国氮氧化物工业排放量的15%左右,是继电力、汽车尾气之后第三大氮氧化物排放源。

同时“,十二五”期间,氮氧化物的排放首次被列入约束性指标体系。随着国家对于大气污染治理的力度进一步加大,对于水泥行业的排放标准也面临进一步收紧。《水泥工业大气污染物排放标准》规定重点地区NOx  排放标准(标况下,以下同)为 320mg/m3,而北京作为全国空气污染治理的重点城市,2016 年1 月1  日起执行水泥制造企业氮氧化物排放不得高于200mg/m3 的地方标准。

目前水泥窑使用的选择性非催化还原(SNCR)氮氧化物脱除效率在60%左右,难以满足更严格的排放标准。因此对水泥制造企业来说,意味着脱硝工艺路线将全新升级,由选择性非催化还原(SNCR)全面转向选择性催化还原技术(SCR)。我国2500t/d  以上的生产线普遍加装余热锅炉,其排烟温度在150 ℃左右,目前电力行业使用的中温SCR 脱硝催化剂的工作温度为300~400  ℃,在水泥行业难以直接使用中温SCR 催化脱硝技术对NOx 排放进行控制,故低温脱硝将成为首选工艺。

1 低温SCR 脱硝技术及对比

1.1低温SCR 脱硝技术

1.1.1低温SCR 脱硝机理

低温SCR 技术是O2 和催化剂存在的条件下,在120~300 ℃温度窗口内,用还原剂NH3 将烟气中的

NOx 还原为N2 和H2O。主要反应:

(1)4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O

8NH3+6NO2→7N2+12H2O(2)

副反应:

SO2+1/2O2→SO3

SO3+H2O→H2SO4

NH3+SO3+H2O→NH4HSO4

2NH3+SO3+H2O→(NH4)2SO4

低温SCR  反应器一般布置在脱硫装置和除灰装置之后,烟气不需加热,通过反应器的烟气具有低温、低硫和低尘的特性。系统由氨储罐、氨蒸发器、氨缓冲罐、稀释风机、氨/空气混合器、喷氨格栅、混合单元和催化剂组成,工艺流程见图1。氨水或液氨经蒸发器转化为NH3,经氨缓冲罐,在氨/空气混合器内稀释,经喷氨格栅喷入烟道,与烟气均匀混合,在低温SCR  反应器内发生还原反应将NOx 去除。

1.1.2低温SCR 脱硝技术的优点

(1)低温脱硝催化剂的反应温度在 120~ 300  ℃,可以应用在工业锅炉、水泥玻璃窑炉、冶金钢铁烧结炉、石化催化裂解炉和化工与酸洗设备等领域,可处理高浓度氮氧化物烟气(1500mg/m3  以上),有广泛的应用前景。

(2)布置在窑炉的尾部烟道,无需对窑炉本体做改动,低温脱硝的吸收塔体积小,安装简便,占地面积小。因此,脱硝装置总体成本可大幅度下降。

(3)由于其位于除尘装置之后,因此烟气具有低温、低尘的特性,解决了催化剂的堵塞、磨损等问题,维护成本降低,使用寿命提高。

(4)减轻飞灰中的K、Na、Ca、As 等微量元素对催化剂的污染或中毒,若在脱硫装置之后还可缓解 SO2 引起的催化剂失活等问题。

1.1.3 低温SCR 脱硝技术需解决的技术难题

(1)受 SO2 的影响较为明显,在低温下 SO2 与H2O、NH3 容易形成粘稠的铵盐,附着在催化剂上,造成催化剂的中毒失活,影响催化剂性能。

(2)低温脱硝的催化剂对灰尘和含硫量有较严格的要求,针对水泥窑炉,由于部分水泥窑炉SO2  排放浓度高,脱硝装置若布置在已经配备湿法脱硫装置后,需要对烟气进行再加热,增加了能量消耗和设备投资。

(3)目前应用工程案例较少,在国内水泥行业还没进行工业化应用,应用工艺需继续开发和完善。 1.2 低温SCR 脱硝技术与中温SCR 脱硝技术对比低温SCR  脱硝技术和中温SCR 脱硝技术对比见表1。


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