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水泥行业NOx超低排放技术课件

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    • 1、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,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:,1,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,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50

      2、00t/d线的实施验证, 均取得了NOX排放浓度稳定控制在低于50mg/m以下的效果。,1,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,中控操作画面截图,1,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,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: NOx控制在200mg/Nm3时,氨水实际用量为742L/h; NOx控制在100mg/Nm3时,氨水实际用量为1169L/h; NOx控制在50mg/Nm3时,氨水实际用量为1356L/h。,2,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+

      3、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,2,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,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。,3,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,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,

      4、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,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,3,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,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。,4,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。

      5、 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,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,对于一般的5000t/d生产线,目前为双塔方案,设备采购时间约56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,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

      6、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,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,4,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600700mg/Nm3, 出口浓度在5060mg/Nm3,氨水(20%浓度)使用量在600kg/h 左右,氨逃逸稳定在23mg/Nm3 左右。 全面实现了NOX排放100 mg/Nm3,氨逃逸8 mg/Nm3的目标。,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NOX排放100 mg/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2027mg/Nm3。 该技术的优点:高温

      7、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。,5,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,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,该成果在研发过程中,曾经获得如下财政支持:

      8、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; 在应用研究阶段,获得国家“863”计划专项 2009AA05Z313; 示范工程阶段,获得国家“十二五”科技支撑计划 2012BAE01BO3; 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,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,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50 mg/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

      9、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,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300400kg/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:与SNCR控制200mg/Nm3相比,根据窑尾废气的NOX含量大小(8001200 mg/Nm3),控制50 mg/Nm3以下的脱硝成本估计增加48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,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 5.66.0%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,5,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48元/t熟料。,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。,6,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

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