水泥厂NOx(脱硝)排放控制技术

水泥炉窑NOx排放控制技术何洪，王洪兵，李坚，梁文俊北京工业大学环境与能源工程学院北京方信立华科技有限公司2011.10一，水泥行业排放现状和标准的发展氮氧化物污染日益严重；我国氮氧化物排放标准逐步提高。我国缺乏具有自主产权的SCR脱硝技术一，水泥行业排放现状和标准的发展2007年全年氮氧化物的排放总量约为1800万吨～2000万吨。全国氮氧化物的排放量年增长率为5％~8％。如果不采取进一步的氮氧化物减排措施，到2030年我国氮氧化物排放量将达到3540万吨北京2007年的NOx排放量为59395吨问题和挑战：世界第一大NOx排放国,如此巨大的排放量将给公众健康和生态环境带来灾难性的后果行业排放对NOx污染的贡献率一，水泥行业排放现状和标准的发展
水泥企业近5000家，2010年全国累计水泥总产量18.7亿吨。采用国内技术和装备建设的新型干法水泥生产线已经达1300多条。水泥行业NOx排放对全国NOx排放贡献率达到12～15％。根据一些不完全的监测数据显示，大约在800～1600mg/Nm3左右,也有一些数据报道水泥炉窑平均排放浓度为500～800mg/Nm3。一，水泥行业排放现状和标准的发展水泥行业对NOx排放贡献仅次与电力行业和机动车尾气排放，位居第三。颁布年代排放标准Nox限值mg/m31985《水泥工业污染物排放标准》（GB4915-85)无限制1996《水泥厂大气污染物排放标准》(GB4915-19968002004《水泥工业大气污染物排放标准》(GB4915-2004)8002010《水泥工业大气污染物排放标准》DB44／818－2010（广东）550（新建水泥窑）2003《火电厂大气污染物排放标准》GB23223-2003450-1100(燃煤）2012《火电厂大气污染物排放标准》GB13223-2011100（燃煤）水泥行业NOx排放标准的发展及与火电厂排放标准比较水泥行业新标准？相信会更严格工业和信息化部发布《水泥行业准入条件》公告新规定从2011年1月1日起执行水泥行业准入条件严格执行《水泥工业大气污染物排放标准》和《水泥工业除尘工程技术规范》以及可替代原料、燃料处理的污染控制标准。对水泥行业大气污染物实行总量控制,新建或改扩建水泥(熟料)生产线项目须配置脱除NOx效率不低于60%的烟气脱硝装置。新建水泥项目要安装在线排放监控装置,并采用高效污染治理设备。水泥窑排放特点（相对与火电厂）：烟气温度波动大，粉尘浓度高，NOx排放浓度高，SO2排放浓度低－巨大的挑战！一，水泥行业排放现状和标准的发展二，水泥行业NOx排放控制技术炉内燃烧控制技术：火焰冷却、低氮燃烧器、分段燃烧、添加矿化剂选择性非催化还原（SNCR）技术选择性催化还原（SCR）技术重点关注水泥炉窑选择性非催化还原（SNCR）技术SNCR工艺的主要反应如下：4NO+4NH3+O24N2+6H2O2NO2+4NH3+O23N2+6H2O在高温(900~1100°C)和没有催化剂的情况下向水泥窑中喷氨或尿素等含有NH3基的还原剂，水泥炉窑系统还原剂喷射点的选择－预热器之前NH3作为还原剂时，SNCR的最佳反应温度是950oC，如果使用尿素作为还原剂时，SNCR的最佳反应温度为1000oC,温度O2含量CO含量NOx含量SNCR技术脱硝效率NH3含量SNCR技术SNCR技术优点：固定投资少，设备简单，不用催化剂缺点：需要准确控制反应区内的温度，温度低，脱硝转化率低，温度过高，引起NH3的氧化，产生多余的Nox需要比较高的NH3／NOx值（一般大于1），部分NH3被产品吸收，还原效率降低。运行成本较高，脱硝效率低SNCR技术的工程应用2006年之前，在欧洲至少有18个水泥窑采用了SNCR脱销技术，其中15座在德国，2座在瑞典，一座在瑞士。在这些工程中还原剂多为浓度为25％的氨水，NH3/NOx比值为0.5～0.9,脱硝效率为10～50％。瑞典的两座干法回转水泥窑在安装SNCR装置之后，在NH3/NOx比值为1.0～1.2的条件下，脱硝效率达到80～85％，究其原因是采用了多点喷射技术（12个点）SCR技术选择性催化还原法(SelectiveCatalyticReduction,SCR)是工业上应用最广的一种脱硝技术，可应用于电站锅炉、工业锅炉和垃圾焚烧等燃烧设备的NOx排放控制，理想状态下，可使NOx的脱除率达90%以上，是目前能找到的最好的固定源NOx治理的技术。原理：使用适当的催化剂，在一定条件下，用氨作为催化反应的还原剂，使NOx转化为无害的氮气和水蒸气。反应如下：4NO+4NH3+O24N2+6H2O2NO2+4NH3+O23N2+6H2OSCR脱销反应温度一般为300～450oC,SCR催化剂的形式板式蜂窝式波纹板式需要根据烟气成分，含灰量确定采用何种形式及孔道结构与尺寸！SCR催化剂反应器形式和安装位置SCR反应器安装在预热器之后SCR技术缺点：固定投资大，设备比较复杂，使用催化剂优点：脱硝效率可以达到90％以上，可以满足更严格的排放标准可以按照排放标准和原排浓度设计NH3／NOx值，比值低，可以低于0.9,一般不大于1.运行成本较低SCR技术的工程应用1Monselice水泥窑SCR系统运行参数和结果（2006年）ParameterUnitsDesignActualKilnCapacityMetrictonsperday(tpd)24001800GasFlowNm3/h,wet160,000110,000NOxinmg/Nm3,dry226015301071MolarratioNH3/NOx0.9050.890.20NOxoutmg/Nm323275612NOxstackmg/Nm320050408NOxremoval(%)90%95%43%NH3slipmg/Nm3511O2reactor(%)2.5%2.7%O2stack(%)5.0%7.1%PressureDropMillibars155NH4OH25%solution(kg/h)44520434 三，北京工业大学的SCR催化技术SCR催化剂的研究平台10012014016018020022024026028030032034036038040042030405060708090100脱硝效率/%测试温度/℃0123SCR催化剂活性三，北京工业大学的SCR催化技术SCR催化剂的工作窗口：160－400°C工作温度窗口：160-400℃SCR催化剂的成型技术无机原料成型助剂捏合真空练泥陈化冷却陈腐挤出成型干燥高温焙烧最终成型三，北京工业大学的SCR催化技术云南钛业酸洗线氮氧化物净化系统SCR催化工程技术开发三，北京工业大学的SCR催化技术合肥彩虹液晶玻璃有限公司低温脱硝工程SCR催化工程技术开发三，北京工业大学的SCR催化技术北京工业大学（北京方信立华科技有限公司）的SCR技术优势1.运行温度范围宽；2.如低温运行，总风量降低，在空速不变的情况下，减少催化剂的用量；3.对于低温烟气或废气的处理，具有节能优势；4.SO2转化率低，NH4HSO4(ABS)的生成量低；5.避免使用尿素分解炉，降低投资6.自控简单，避免使用昂贵的在线仪表7.具有自主知识产权，不受外国企业控制；三，北京工业大学的SCR催化技术四，结论与展望•水泥窑的尾气排放对大气NOx污染的贡献仅次于电力行业和机动车尾气排放，要完成“十二五”期间国家的NOx减排指标，需要严格控制水泥窑的NOx排放。•随着新型干法水泥技术的发展和环保标准的提高，SNCR和SCR脱硝将会成为主流技术。•SNCR技术具有投资少的特点，而SCR技术具有更高的NOx排放净化效率，是满足更严格环保标准的唯一的技术选择。•低温SCR催化剂水泥炉窑脱硝提供了更多的工艺上的选择和可能。•在“十二五”期间，我国将加强水泥行业NOx减排适用技术的推广和应用，根据水泥窑的现状和特性，推进烟气脱硝示范工程建设。