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電石渣制水泥煙氣氮氧化物與氨逃逸達(dá)標(biāo)協(xié)同治理技術(shù)

更新時(shí)間:2024-05-27 16:07 來源:北極星大氣網(wǎng) 作者: 劉少明 閱讀:7352 網(wǎng)友評(píng)論0

谷騰環(huán)保網(wǎng)訊在習(xí)總書記生態(tài)文明思想和兩山理念的引領(lǐng)下,國(guó)家對(duì)環(huán)保的要求已提升到滿足人民日益增長(zhǎng)的美好生活對(duì)青山碧水藍(lán)天的需求。水泥行業(yè)作為氮氧化物排放的第三大戶,排放標(biāo)準(zhǔn)提升成為必然趨勢(shì),水泥工業(yè)的大氣污染物防治也將開啟一個(gè)全新的階段,特別是進(jìn)入國(guó)家“十四五”規(guī)劃后,對(duì)水泥工業(yè)的大氣污染防治提出了更高要求,從粗放型的總量治污轉(zhuǎn)向精準(zhǔn)型、協(xié)同型治污。

2020年7月,國(guó)家生態(tài)環(huán)境部印發(fā)《重污染天氣重點(diǎn)行業(yè)應(yīng)急減排技術(shù)指南(2020年修訂版)》,《技術(shù)指南》第十五條內(nèi)容指出對(duì)水泥行業(yè)各工序的指導(dǎo)性治理要求,同時(shí)企業(yè)應(yīng)按照要求進(jìn)行行業(yè)績(jī)效等級(jí)評(píng)估,若水泥企業(yè)符合A級(jí)企業(yè)績(jī)效要求,則可自主安排減排措施和生產(chǎn),可享受錯(cuò)峰豁免。A級(jí)企業(yè)指標(biāo):顆粒物≤10 mg/Nm3、二氧化硫≤35 mg/Nm3、氮氧化物(NOx)≤50 mg/Nm3、氨逃逸≤5 mg/Nm3,脫硝氨水耗量<4 kg/噸熟料。

2022年4月,中國(guó)水泥協(xié)會(huì)發(fā)布了《水泥工業(yè)大氣污染物超低排放標(biāo)準(zhǔn)》(T/CCAS 022-2022),要求水泥窯尾煙氣排放顆粒物≤10 mg/Nm3、二氧化硫≤50 mg/Nm3、氮氧化物(NOx)≤100 mg/Nm3、氨逃逸≤8 mg/Nm3。

2024年1月19日,國(guó)家生態(tài)環(huán)境部發(fā)布了《關(guān)于推進(jìn)實(shí)施水泥行業(yè)超低排放的意見的通知》,通知中要求到2025年底前,重點(diǎn)區(qū)域水泥熟料生產(chǎn)企業(yè)超低排放改造取得明顯進(jìn)展,2028年底前,重點(diǎn)區(qū)域水泥熟料生產(chǎn)企業(yè)基本完成改造。通知要求在基準(zhǔn)含氧量10%的條件下,水泥窯及窯尾余熱利用系統(tǒng)煙氣顆粒物、二氧化硫、氮氧化物排放濃度小時(shí)均值分別不高于10、35、50 mg/m3!兑庖姟芬蟛扇∮行Т胧┛刂瓢碧右,脫硝氨水消耗量小于3.5 kg/t熟料(基于20%的氨水濃度折算)。

另外,十余個(gè)省份也相繼出臺(tái)了水泥行業(yè)超低排放改造的文件,并規(guī)定限期完成改造。

但由于電石渣制水泥煙氣的復(fù)雜性、特殊性以及改造裝置布置的局限性,使得電石渣制水泥煙氣污染物(主要指氮氧化物和氨逃逸)治理難度大、穩(wěn)定性控制難。

其改造難度主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn):

(一)、電石渣制制水泥煙氣具有成分多、易波動(dòng)等特點(diǎn),干擾性強(qiáng)。大多數(shù)電石渣制水泥企業(yè)在生產(chǎn)過程中,不僅僅使用電石渣作為原料,還會(huì)摻加凈化灰、化工污泥等,這使得煙氣成分多且復(fù)雜。如煙氣中除了氮氧化物、二氧化硫、顆粒物等常規(guī)污染物,還含硅烷、單氰胺、雙氰胺及磷化氫、砷化氫等特殊成分,這些煙氣成分均具有一定的還原性,有的還原性還比較強(qiáng),如SiH4、PH3等,會(huì)和原還原劑(NH3)產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)吸附,從而部分取代NH3參與反應(yīng);另外煙氣中的有些成分,如重金屬(As、Pb等)、堿土金屬(Ca、Mg)以及煙氣中的硫化物、氯化物等,會(huì)致使催化劑中毒,從而導(dǎo)致失活,縮短催化劑的化學(xué)壽命,甚至失去效率。

(二)、電石渣制水泥煙氣具有氨峰值高、峰谷差異大等特點(diǎn),氨逃逸達(dá)標(biāo)治理難度大。電石渣在烘干過程會(huì)釋放出大量的氨氣,少則幾十毫克/立方米,多則近千毫克/立方米,且在負(fù)荷、工藝配方及電石渣批次等變化時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大波動(dòng),這些都使得氨逃逸達(dá)標(biāo)難度極大。

(三)、電石渣制水泥煙氣濕度高,脫硝影響大。干法電石渣煙氣濕度約為14~19%,濕法電石渣煙氣濕度約為25~35%。煙氣中濕度高,使得水蒸氣搶占催化劑活性點(diǎn)位導(dǎo)致催化劑活性下降從而影響脫硝效率,脫硝難度大。

(四)、改造位置選擇的局限性。因電石渣制水泥的生產(chǎn)工藝和傳統(tǒng)石灰石水泥差異較大,一些適用于石灰石水泥的超低排放改造技術(shù)在電石渣制水泥產(chǎn)線上并不適用,如:電石渣制水泥C1口排煙溫度高(480℃~580℃),此溫度下易使中高溫脫硝催化劑快速板結(jié),喪失脫硝效率,因此C1口不適合布置脫硝裝置;而余熱鍋爐或高溫風(fēng)機(jī)后因無(wú)法解決電石渣烘干過程釋放的氨,也不適合布置,因此排除上述不適宜的改造位置,剩下唯有大布袋和尾排風(fēng)機(jī)之間才有可能使氮氧化物達(dá)標(biāo)和氨逃逸均能達(dá)標(biāo)排放的可選位置,因此可選位置極少,技術(shù)要求苛刻。

綜合上述因素,對(duì)于電石渣制水泥產(chǎn)線,采用布置在大布袋后的低溫低塵SCR脫硝技術(shù)是唯一可選的技術(shù)路線。

低溫低塵SCR脫硝技術(shù)由兩部分構(gòu)成:氨氮協(xié)同治理及過量氨治理。其技術(shù)原理如下:

(一)、氮氧化物協(xié)同治理氨逃逸技術(shù)

采用低溫SCR脫硝工藝,利用還原劑(NH3)在催化劑作用下有選擇性地與煙氣中的氮氧化物(NOx)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生為氮?dú)猓∟2)和水(H2O)。

其主要反應(yīng)方程式如下:

4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O (1)

4NH3+2NO+2O2→3N2+6H2O (2)

4NH3+6NO→5N2+6H2O (3)

8NH3+6NO2→7N2+12H2O (4)

(二)、過量氨治理技術(shù)

當(dāng)煙氣中氨含量超過氮氧化物反應(yīng)所需匹配的量,煙氣中已無(wú)更多的NOx與NH3反應(yīng),就須往分解爐中噴入上海瀚昱自主研發(fā)的高效增氮?jiǎng),提高煙氣中NOx濃度,使之與NH3發(fā)生反應(yīng)從而消耗掉過量的NH3,使氨逃逸達(dá)標(biāo)排放。高效增氮?jiǎng)閺?fù)合試劑,除主劑外,還含三種助劑(緩蝕劑、活性劑、緩釋劑)。根據(jù)主劑的理化性質(zhì),遇熱會(huì)分解放出二氧化氮(NO2),能瞬時(shí)提高SCR入口煙氣中的氮氧化物濃度。

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含NO2煙氣進(jìn)入SCR反應(yīng)器,氨作為還原劑與NO2反應(yīng),從而達(dá)到脫除氨氣的目的。

該技術(shù)與酸洗法、活性炭吸附法、水洗滌法等技術(shù)相比,具有如下顯著優(yōu)勢(shì):

(1)、反應(yīng)迅速,氨逃逸值達(dá)標(biāo)穩(wěn)定性好。當(dāng)出口氨逃逸值出現(xiàn)上升趨勢(shì)到設(shè)定值,自控系統(tǒng)做出反應(yīng),啟動(dòng)高效增氮?jiǎng)﹪娚湎到y(tǒng),瞬時(shí)提升反應(yīng)器入口氮氧化物濃度,使氨氮摩爾比趨于平衡。

(2)、反應(yīng)物潔凈,無(wú)二次污染,且無(wú)反應(yīng)生成物處置。通過SCR系統(tǒng),氨和氮氧化物反應(yīng)生成潔凈的氮?dú)夂退瑢?duì)環(huán)境友好。

(3)、運(yùn)維成本低。只有當(dāng)氨逃逸值上升到設(shè)定值時(shí),才會(huì)啟動(dòng)高效增氮?jiǎng)﹪娚湎到y(tǒng),不會(huì)過度運(yùn)行。

(4)、對(duì)水泥品質(zhì)沒有影響。高效增氮?jiǎng)峤夂蟮慕饘傺趸餅樗嗍炝纤璧脑兀覕?shù)量極少,另兩種生成物為NO2和氧氣。

綜合上述因素可得出,低溫低塵SCR脫硝技術(shù)無(wú)論是在項(xiàng)目投資、氨氮協(xié)同減排、運(yùn)維成本,還是在過量氨的達(dá)標(biāo)治理等諸多方面都有著明顯的優(yōu)勢(shì)。而該技術(shù)最為關(guān)鍵就是“如何解決低溫下催化劑的活性能力”。上海瀚昱環(huán)保材料有限公司研發(fā)團(tuán)隊(duì)在劉教授帶領(lǐng)下通過多年刻苦攻關(guān),成功解決了低溫(≥120℃)煙氣條件下催化劑的活性問題和抗中毒問題,并已將該技術(shù)應(yīng)用于中石化長(zhǎng)城能源化工(寧夏)有限公司100萬(wàn)噸/年電石渣制水泥超低排放項(xiàng)目,成為國(guó)內(nèi)氮氧化物和氨逃逸均達(dá)標(biāo)的電石渣制水泥產(chǎn)線。

該超低排放改造項(xiàng)目于2022年8月開工建設(shè),2022年12月項(xiàng)目竣工,同期開始調(diào)試并正式投運(yùn)。截止到目前,已運(yùn)行一年半時(shí)間。運(yùn)行期間,在不同產(chǎn)能負(fù)荷及不同原料配比及摻加凈化灰、污泥等的工況下,超低排放裝置運(yùn)行穩(wěn)定,出口NOx及氨逃逸均滿足超低排放要求,得到各級(jí)環(huán)保部門的肯定。

總結(jié)寧夏能化一年半多的運(yùn)行情況,低溫低塵SCR技術(shù)具有如下特點(diǎn):

(一)、節(jié)能型減排。對(duì)即將排入大氣的煙氣利用其自身剩余熱量進(jìn)行減排,不僅余熱得到充分利用,又產(chǎn)生環(huán)保效益。

(二)、低溫(150℃)SCR脫硝。采用具有稀土基復(fù)合過渡族金屬作為活性組分進(jìn)行脫硝,具有低溫下活性值高、抗中毒能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

(三)、未影響熟料生產(chǎn)線運(yùn)行。整套裝置布置在布袋除塵器與尾排風(fēng)機(jī)之間,后續(xù)已無(wú)生產(chǎn)設(shè)備,正常生產(chǎn)不受干擾。

(四)、利用高效增氮?jiǎng)┙鉀Q過量氨,確保氨逃逸達(dá)標(biāo)排放。當(dāng)煙氣中的氮氧化物無(wú)法匹配超量氨,通過噴入高效增氮?jiǎng),增加氮氧化物濃度,使氨氮摩爾比得到平衡,保證氨逃逸達(dá)標(biāo)排放。

該技術(shù)為企業(yè)取得的效益也頗為豐碩。不但產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟(jì)效益,同時(shí)作為特大型央企,也體現(xiàn)出了社會(huì)責(zé)任擔(dān)當(dāng),樹立了良好的企業(yè)形象。

(一)、經(jīng)濟(jì)效益。SCR脫硝系統(tǒng)利用電石渣烘干釋放的免費(fèi)氨作為還原劑加以利用,一年半節(jié)約氨水購(gòu)買費(fèi)用約700萬(wàn)元;

(二)、環(huán)保效益。通過采用SCR低溫低塵技術(shù)進(jìn)行改造后,減少氮氧化物排放超過62萬(wàn)噸,減少氨逃逸排放75萬(wàn)噸,為改善環(huán)境做出實(shí)實(shí)在在的貢獻(xiàn)。

(三)、運(yùn)維效益。低溫SCR系統(tǒng)后面已無(wú)生產(chǎn)設(shè)備,截止至目前沒有發(fā)生一起因SCR系統(tǒng)影響生產(chǎn)的事件。

上海瀚昱的低溫低塵SCR脫硝技術(shù)解決了當(dāng)前困擾電石渣水泥熟料生產(chǎn)企業(yè)的排放達(dá)標(biāo)難題,相信其將助力更多電石渣制水泥產(chǎn)線完成超低排放改造,讓越來越多的企業(yè)從瀚昱的先進(jìn)技術(shù)手段中受益。

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