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1、 水泥窑高温除尘及NOx控制技术探讨 合肥水泥研究设计院毛志伟20112年11月于南京 1 主要内容 一 国内水泥工业主要污染现状二 国内外水泥工业污染排放控制标准三 水泥窑高温除尘技术探讨四 NOX排放控制技术路线 2 一 国内水泥工业主要污染现状 1 粉尘 水泥生产过程中原 燃料和水泥成品储运 物料的破碎 烘干 粉磨 煅烧等工序产生的废气排放或外逸而引起的 2 有害气体 主要是窑系统产生的SO2 NOX CO2 HF等 3 在协同处置废弃物 产生的总有机碳 TOC 二噁英 PCDD 和多氯二苯并呋喃 PCDF 金属及其化合物 汞 氯化氢和氟化氢 废水 噪声和固废 3 1 2我国水泥工业近些
2、年废气污染排放量表 从表中可以看出 氮氧化物排方量 随水泥总产量的增加而加大 我国水泥行业氮氧化物的排放占全国总排放量的10 是氮氧化物的重要排放源 居火力发电和汽车尾气排放之后的第三位 4 二 国内外水泥工业污染排放控制标准2 1各国水泥大气排放标准比较表 5 2 2德国水泥行业NOX排放标准的发展历程 在德国 2012年以前的NOX排放标准都是将烟气转化为10 氧含量的干态状态来衡量的 旧厂 新厂 欧盟中最严 6 2 3美国水泥工业有害气态污染物排放限额 7 2 4 美国新增加的标准 2009年4月21日 美国环保署发布了 针对水泥工业的危险性空气污染物国家排放标准 提案 其主要内容为 1
3、 认定废气中的汞 碳氢化合物 氯化氢和粉尘 均为危害性污染物 2 必须对汞 碳氢化合物和氯化氢增设更严格的限制 美国现行水泥窑排放标准中均未列入这三项指标 故必须增补 3 水泥窑废气中粉尘排放的限值 对已投产水泥窑为0 085lb mil t cl 约23mg Nm3 新建窑为0 080lb mil t cl 约21mg Nm3 4 特别注明 上述4项污染物排放的建议控制 均为每连续30天窑排放实测数据的平均值 每一个运转日都必须计算在内 不得剔除开窑 停窑 调试和故障处理期间的任何非正常工况时的数据 8 2 5 欧盟 水泥制造业的最佳可用技术 BAT 与污染物排放指南 欧盟IPPC 综合污染
4、预防与控制 指令 96 61 EC 关于 水泥制造业的最佳可用技术 BAT 与污染物排放指南 指出 采用电除尘器和袋式除尘器过滤技术 对应的排放控制水平为20 30mg m3 标 该指南将成为欧洲各国制定排放标准 颁发许可证的指南或依据 英国为实施该指令对水泥工业提出的标准与此相当 有一些国家 如德国 荷兰 水泥工业粉尘排放甚至要求达到10mg m3 标 9 2 6 中国水泥排方标准的修订内容 新标准时间 13年1月1日新线执行2015 1 1现有线执行 氟化物10mg Nm3 降低倒5mg Nm3 统一排放30mg Nm3 禁止非正常排放 采用高效布袋收尘 NOx排方320 450mg Nm
5、3 10 三 水泥窑高温除尘技术探讨3 1 粉尘排放控制最佳可行技术及其适用条件 11 新型干法生产线全部配套袋除尘器越来越多 电改袋已成为趋势 3 2 山东青州中联6000t d 徐州中联水泥10000吨 日有限公司水泥熟料生产线河南南阳沙特纳及兰等水泥厂 天瑞水泥厂12000t d水泥熟料生产线 12 2 电除尘器半改为袋除尘器保留电除尘器的壳体 灰斗 进出口喇叭及输灰系统 将顶盖 内部极板 极线及振打机构等拆除 再将脉冲袋除尘器的内部花板 喷吹系统 滤袋 袋笼装上 1 电除尘器全改为袋除尘器将原来的电除尘器全部拆除 在原地重新上一台袋除尘器 要考虑风机增加全压 3 电除尘器改为电袋组合除
6、尘器保留电除尘器的壳体 灰斗 进出口喇叭 输灰系统及第一电场 将二三电场的顶盖 内部极板 极线及振打机构等拆除 再将脉冲袋除尘器的内部花板 喷吹系统 滤袋 袋笼装上 3 3电除尘器改为袋除尘器三种方案 13 3 4 水泥行业常用高温滤袋的特性1 常用的几种高温滤袋 高温滤袋 P84 聚酰亚胺 玻纤覆膜滤料 芳纶耐高温滤料Nomex 复合毡高温滤料 水泥窑尾 垃圾焚烧炉 水泥窑窑头 水泥窑尾 窑头 14 2 水泥窑用高温滤袋的比较 15 3 5随排放标准提高引出除尘器的发展过程 16 四 NOX排放控制技术路线4 1NOX排放现状 根据2010年对150多家水泥企业的调研 水泥厂的大气污染物基本
7、上得到了控制 但是氮氧化物已成为主要的废气污染源 如对于每条5000t d熟料新型干法水泥生产线而言 企业每年需缴纳排污费约90 100万元 其中 NOx排污费约占85 即每年NOx排污费约76 85万元 国内新型干法窑已达90 但水泥工业废气脱氮技术当时还未被列入议事日程 对于SNCR法和SCR法脱氮只是介绍国外理论和实践发展概况 这些技术如用于国内 不尽设备昂贵 运转费高 技术复杂 且在使用时NH3易造成二次污染问题2012年开始 国家将水泥企业氮氧化物减排作为各级政府的首要任务 17 4 2欧州各种减排技术对NOX的减排量 氮氧化物排放 技术状况 未来 18 4 3国外技术现状及发展趋势
8、 国外 1 欧美各国水泥工业在 新型干法 上采用SNCR法削减NOx排放的大致共有100余台 其中德国就有50多台 占德国现有PC窑总数的80 以上 德国在应用SNRC方面具有较多实践经验和研究成果 19 2 日本住友水泥厂采用协同控制NOX 日本主要采取以下3种方一是空气二级燃烧 二是采用高效率的TMP燃烧器 三是尾部添加尿素 日本规定水泥氮氧化物的国家排放标准为480ppm 而住友工厂的实际排放浓度在340ppm以下 20 3 美国二个5000吨 日水泥厂 替代燃料 SNCR 西弗吉尼亚州的Essroc和马丁斯堡Lehigh二各水泥厂 5000吨 采用干化污泥颗粒作为替代燃料 同时采用SN
9、CR技术对烟气进行脱硝处理 处理后NOx由0 80kg t熟料下降至0 60kg t熟料 实现了达标排放 但运行成本增加0 58美分 t熟料 约为3 65元人民币 t熟料 21 4 意大利MonseliceSCR高尘法案例参数 德国MergelstettenSCR案例 2006年5月运行至今 22 4 4国内技术使用现状 以一次控制技术为主 采用低氮燃烧器 分级燃烧和优化窑和分解炉的燃烧制度等方式 目前 少数企业开始SNCR法的使用 如 a 都江堰拉法基水泥有限公司 中材湘潭水泥企业 陕西川威 广西西普南雁水泥有限公司 采用SNCR技术进行治理 b 贵州黔桂金州建材有限公司5000吨 日水泥厂
10、采用SNCR SCR技术 年底投运 c 目前全国还有浙江南方水泥 东北北方水泥 湖南南方水泥等三十几家企业在上 23 4 5 1水泥窑采用的NOX治理技术及效果 4 5 水泥窑氮氧化物减排技术路线 24 4 5 2水泥窑采用的NOX治理技术路线 1 低氮燃烧 SNCR组合技术氮氧化物浓度低于400 500mg Nm3 综合氮氧化物减排效率大于60 SNCR脱硝系统氨逃逸浓度应低于8mg m3 2 低氮燃烧 SCR组合技术总体NOx减排效率大于85 烟气中NOX浓度低于200mg Nm3 SCR脱硝系统氨逃逸浓度应低于5mg m3以下 25 4 5 3 低氮燃烧技术分类 1 低氮燃烧器技术 目前
11、大部分采用 降低一次风需求量的任务被提出来了 这一发展造成了低氮氧化物燃烧器的产生 它们部分地也是从使用锅炉燃烧器技术的经验中引进来的 两个一次风通道 轴向风和径向风 被布置在供燃料通道外边 一次风的总量减少到4 6 现代燃烧器系统正向着研发高推力的燃烧器方向发展 26 2 分级燃烧脱氮系统改造 将分解炉燃烧用的空气分两阶段分级加入 先将一部分空气送入主燃烧区 使燃料在缺氧的条件下燃烧 燃烧速度低 生成CO 且燃料中的N大部分分解为HCN HN CN CH2等 使NOX分解 抑制陆内NOX生成 同时CO可还原部分窑气的NOX 然后将燃烧用空气的剩下部分以分级风的方式送入分解炉 使燃料燃烬 27
12、 3 煤粉分级燃烧改造 脱氮系统的用煤经煤粉秤精确计量后 由罗茨风机送到窑尾烟室的脱氮还原区 在脱氮还原区的合适位置均布着一套燃烧喷嘴 煤粉经燃烧喷嘴高速 具体速度与该处空间结构密切相关 进入还原区内并充分散开 一方面保证了分级燃烧的脱氮效率 另一方面减少了煤粉在壁面燃烧出现结皮的负面影响 将部分C4下料分配到脱氮区 以控制脱氮区温度在合适范围内 根据还原区操作温度 C1出口NOX等系统参数 可及时调整脱氮用煤量 在窑尾预分解炉建立专门的脱氮还原区 采用煤粉均布和司料温控技术 能够有效的控制脱氮区的用煤和脱氮区的温度 28 3 煤粉分级燃烧流程 29 4 5 4水泥窑用SNCR系统流程 30
13、4 5 5低氮燃烧技术 SNCR系统应用中的问题 1 不能过份依赖底氮燃烧 产生CO提高 增加煤耗 会产省结皮等2 为保证指标 需配置的监测仪器3 自控要完善4 要做数值模拟5 投资成本 5000吨 日 万元低氮燃烧部分 1 三次风管改造50 2 低氮燃烧器45 3 煤粉输送计量系统125SNCR400 500 根据配置 6 还原剂的问题 氨水或尿素成本3 5元 吨熟料 31 4 6 水泥窑用SCR流程 而水泥窑主流的SCR脱硝工艺布置是高温 高尘布置法 反应器布置在悬浮预热器之后的位置 此时烟气中的全部粉尘均会通过反应器 反应器的工作条件是在 原始 的高尘烟气中 由于这种布置方案的烟气温度在
14、300 380 的范围内 非常适合于催化剂的反应温度 所以脱硝反应的效率很高 32 4 7 1水泥行业SCR与其他行业SCR的比较 当前SCR应用领域主要在 电厂与垃圾焚烧以及其他的工业 在欧洲与日本有三十多年的应用历史 脱硝效率达到95 或者以上 可以消除呋喃 二恶英以及VOC等 最基本的几点要素水泥SCR 普通SCR 粉尘浓度高 粉尘粘性大 粉尘中含有黏土 催化剂的失活机理与其他行业不同 需要特殊的方法来处理 33 4 7 2水泥行业使用SCR与电力行业的比较 水泥行业催化剂的单位量要比电厂行业大 反应温度低 低活性 催化剂需要量增大 为保证NH3逃逸率较低 要求附加催化剂层 催化剂需要量
15、增大 系统增大 水泥行业进口NOx浓度要高 催化剂需要量略大 反应器体积略大水泥行业催化剂和电厂行业的不同 特殊的针对催化剂失活的配方 更好的性能 较小的烟气量 更高的体积单价 因为节距大 单位体积的重量要高 更高的成本 单位体积要求的吹灰器要多 更高的成本 不能用蒸汽来吹灰 特殊规格的空压机 更高的成本 34 Operatingcostfor85 reduction85 脱硝效率时的运行费用 转化为每吨熟料的费用 增加寿命 提高效率 运行费用 总计 耗氨量 催化剂 耗电 4 8 1SCR与SNCR运行成本比较85 脱硝效率时的运行费用 转化为每吨熟料的费用 35 4 8 2SCR与SNCR运
16、行成本比较60 脱硝效率时的运行费用 转化为每吨熟料的费用 运行费用 总计 耗氨量 催化剂 耗电 36 4 9 SCR与SNCR的脱硝效率及氨氮比的比较 氨氮摩尔比 脱硝效率 37 5 采用低氮 SNCR或SCR的结论 SNCR 800mg Nm 在大多数情况下可行SNCR和分级燃烧可以结合起来 但不能各自要求更高 效率较低 并且CO排放量较高 反应竞争 SNCR 300mg Nm 在某些情况下可行 但是增加氨的排放在更低排放限制下 将需要使用SCR国内水泥行业的SCR应用研究将需试点 以降低投资国内在300 500mg Nm 采用低氮燃烧 SNCR效率60 建议大量使用替代燃料 尽快出台标准和技术规范补贴 投资 运行 38 谢谢大家 恭请领导指正感谢大家支持 39
