為防止鍋爐內煤燃燒后產生過多的NOx污染環(huán)境,應對煤進行脫硝處理。分為燃燒前脫硝、燃燒過程脫硝、燃燒后脫硝。
ontent">脫硝技術綜述
根據水泥窯氮氧化物的形成機理,水泥窯降氮減排的技術措施有兩大類:
一類是從源頭上治理??刂旗褵猩蒒Ox。其技術措施:①采用低氮燃燒器;②分解爐和管道內的分段燃燒,控制燃燒溫度;③改變配料方案,采用礦化劑,降低熟料燒成溫度。
另一類是從末端治理??刂茻煔庵信欧诺腘Ox,其技術措施:①“分級燃燒+SNCR”,國內已有試點;②選擇性非催化還原法(SNCR),國內已有試點;③選擇性催化還原法(SCR),目前歐洲只有三條線實驗;③SNCR/SCR聯合脫硝技術,國內水泥脫硝還沒有成功經驗;④生物脫硝技術(正處于研發(fā)階段)。
總之,國內開展水泥脫硝,尚屬探索示范階段,還未進行科學總結。各種設計工藝技術路線和裝備設施是否科學合理、運行可靠?脫硝效率、運行成本、水泥能耗、二次污染物排放有多少等都將經受實踐的檢驗。
脫硝是項系統工程
水泥企業(yè)采用“SNCR”方法脫硝,并非水泥企業(yè)一家之事。它受到不少制約。不僅涉及生產、流通、分配和消費,而且涉及到工業(yè)、農業(yè)、商業(yè)、交通、公安、能源、物價、環(huán)保、安全監(jiān)管和質檢等政府多個部門。
采用SNCR方法脫硝,還原劑是最大消耗品(但對于SCR脫硝來說催化劑的消費量更多)。水泥脫硝一般選用尿素或氨水(不選擇液氨 —— 危險品)作還原劑,但是尿素、氨水又是通過合成氨轉換而生產出來的,可是合成氨單位產品綜合能耗相當高。
現以重慶18條2500t/d線脫硝為例, 若NOx排放的本底值為1000mg/Nm³左右,NOx排放要降到500 mg/Nm³以下,年減排NOx為21060噸,則必須采用SNCR脫硝,若選擇氨水(濃度25%)作還原劑,則年需耗氨水62280噸。既相當于消耗合成氨15570噸→必然增加化工廠綜合能耗25691噸(標煤)→經信委必然增加化工廠天然氣用量和用電指標→必然增加化工廠合成氨水污染物排放(化學需氧量23.36噸、氨氮9.3噸、氰化物0.047噸、SS10.90噸、石油類1.56噸、揮發(fā)酚0.031噸、硫化物0.156噸、排水量155700噸)→勢必涉及到環(huán)保部門對合成氨生產企業(yè)污染物控制總量指標→涉及物價部門如何確定用于水泥工業(yè)脫硝的氨水、尿素價格以及化工廠增用天然氣價格如何確定→涉及增加運送氨水、尿素到水泥廠的社會運量及公安交通安全暢通→涉及農業(yè)主管部門將尿素、氨水調出農業(yè)系統→涉及市政府節(jié)能、減排辦公室對水泥企業(yè)脫硝增加了單位產品能源消耗和廢棄物排放量如何考核→涉及國家標準制定部門修改相關標準→涉及質監(jiān)部門對水泥產品質量標準檢驗等。
“十二五”減排指標
2010年12月3日,據《上海證券報》援引行業(yè)人士的話報道,“十二五”期間節(jié)能減排將增加“脫硝”這一約束性硬指標;預計“十二五”及“十三五”期間,國家在這一領域的投資需求將分別達萬億元。
報道稱,中國化工信息中心副總工程師徐京生是在中國精細化工產業(yè)發(fā)展研討會上做出上述表示的。她進一步指出,國家在“十二五”期間會將氮氧化物也列入節(jié)能減排的總量控制范圍,而控制氮氧化物的實質就是“脫硝”;今后會像強制“脫硫”一樣實施強制“脫硝”。
“十二五”節(jié)能規(guī)劃十大節(jié)能工程
脫硫脫硝工程列入十二五節(jié)能規(guī)劃十大節(jié)能工程:
1、脫硫脫硝工程(火電行業(yè)、水泥行業(yè)、鋼鐵行業(yè)作為重中之重)
2、節(jié)能改造工程
3、節(jié)能產品惠民工程
4、合同能源管理推廣工程
5、節(jié)能技術產業(yè)化示范工程
6、城鎮(zhèn)生活污水處理設施建設工程
7、重點流域水污染防治工程
8、規(guī)?;笄蒺B(yǎng)殖污染防治工程
9、循環(huán)經濟示范推廣工程
10、節(jié)能減排能力建設工程。
分類
1)加氫脫硝
2)洗選
1)低溫燃燒
2) 低氧燃燒
3)FBC燃燒技術
4)采用低NOx燃燒器
5)煤粉濃淡分離
6)煙氣再循環(huán)技術
燃燒后脫硝
1)選擇性非催化還原 脫硝(SNCR)
2) 選擇性催化還原 脫硝(SCR)
3)活性炭吸附
4)電子束脫硝
技術
1、SNCR(選擇性非催化還原)技術
選擇性非催化還原法是一種不使用催化劑,在 850~1100℃溫度范圍內還原NOx的方法。最常使用的藥品為氨和尿素。
一般來說,SNCR脫硝效率對大型燃煤機組可達 25%~40% ,對小型機組可達 80%。由于該法受鍋爐結構尺寸影響很大,多用作低氮燃燒技術的補充處理手段。其工程造價低、布置簡易、占地面積小,適合老廠改造,新廠可以根據鍋爐設計配合使用。
2、SCR(選擇性催化還原)技術SCR 是目前最成熟的煙氣脫硝技術, 它是一種爐后脫硝方法, 最早由日本于 20 世紀 60~70 年代后期完成商業(yè)運行, 是利用還原劑(NH3, 尿素)在金屬催化劑作用下, 選擇性地與 NOx 反應生成 N2 和H2O, 而不是被 O2 氧化, 故稱為“ 選擇性” 。目前世界上流行的 SCR工藝主要分為氨法SCR和尿素法 SCR 2種。此 2種法都是利用氨對NOx的還原功能 ,在催化劑的作用下將 NOx (主要是NO)還原為對大氣沒有多少影響的 N2和水 ,還原劑為 NH3。
目前,在SCR中使用的催化劑大多以TiO2為載體,以V2O5或V2 O5 -WO3或V2O5-MoO3為活性成分,制成蜂窩式、板式或波紋式三種類型。應用于煙氣脫硝中的SCR催化劑可分為高溫催化劑(345℃~590℃)、中溫催化劑(260℃~380℃)和低溫催化劑(80℃~300℃), 不同的催化劑適宜的反應溫度不同。如果反應溫度偏低,催化劑的活性會降低,導致脫硝效率下降,且如果催化劑持續(xù)在低溫下運行會使催化劑發(fā)生永久性損壞;如果反應溫度過高,NH3容易被氧化,NOx生成量增加,還會引起催化劑材料的相變,使催化劑的活性退化。目前,國內外SCR系統大多采用高溫催化劑,反應溫度區(qū)間為315℃~400℃?!?/p>
優(yōu)點:該法脫硝效率高,價格相對低廉,目前廣泛應用在國內外工程中,成為電站煙氣脫硝的主流技術。
缺點:燃料中含有硫分, 燃燒過程中可生成一定量的SO3。添加催化劑后, 在有氧條件下, SO3 的生成量大
幅增加, 并與過量的 NH3 生成 NH4HSO4。NH4HSO4具有腐蝕性和粘性, 可導致尾部煙道設備損壞。 雖然SO3 的生成量有限, 但其造成的影響不可低估。另外, 催化劑中毒現象也不容忽視。
3、活性炭吸附
配合使用
4、電子束脫硝
脫硝現狀
(一)探索示范階段
2011年底,我國在役新型干法水泥生產線1513條。到今年5月底,安裝建設有水泥脫硝設施的僅為6條 5年左右時間,才建成6條線,它們各條線的投資、運行情況,脫硝效率、真實的成本和運行費用如何?尚不清楚。
(二)方興未艾階段
1、 2012年五月底止,在我國西部12個?。▍^(qū)、市)中,83.3%在行動
重慶市:2012年2月21日,重慶市發(fā)出了渝委辦[2012]16號文件,要求9個企業(yè)18條新型干法水泥生產線,年底建成脫硝裝置;目前有6條線處于建設調試階段,其它處于可研或招標階段。
四川省:2011年11月7日,四川省人民政府辦公廳發(fā)出了川辦函[2011]247號文件,《轉發(fā)環(huán)境保護廳關于“十二五”降氮脫硝工作意見的通知》,“十二五”期間完不成的,將停止對該水泥企業(yè)的供電。
云南?。涵h(huán)保廳約談遠東水泥有限公司,安排脫硝工程建設。
貴州?。菏…h(huán)保廳向全省9個市(州)發(fā)函,要求火電、水泥行業(yè)須建脫硝設施:4000t/d以上及2000t/d以下的生產線綜合脫硝效率要求達到75%以上,2000t/d至4000t/d的生產線綜合脫硝效率要求達到40%以上,省政府每季度進行普查。
寧夏:5月2日下午,召開了2012年全區(qū)主要污染物減排工作會議,今年全面啟動水泥企業(yè)的低氮燃燒工程;平羅恒達水泥公司2500t/d生產線脫硝項目已簽約。
新疆:在“十二五”工程減排措施中,新增煙氣脫硝工程(水泥熟料生產線脫硝工程)。
陜西:2011年陜西省環(huán)保廳、咸陽市政府相繼發(fā)出有關文件,要求水泥企業(yè)開展脫硝工程建設。
青海:環(huán)保廳確定“42321”目標,抓緊鹽湖海納、互助金圓、湟中祁連山等水泥企業(yè)脫硝工程建設。
內蒙古:今年3月21日,煙氣脫硝和煙塵控制技術交流會在鹽城召開。
廣西:廣西西普南雁水泥有限公司脫硝示范2000t/d生產線,2012年4月25日已投入運行。
2、 今年五月底止,在我國中部6個省中,100%在行動
河南:河南省新鄉(xiāng)市強制當地水泥企業(yè)脫硝改造。新鄉(xiāng)市共有新型干法生產線18條以上,2012年底以前開工建設水泥脫硝,2013年前必須完成。
湖南:水泥行業(yè)脫硝進入倒計時。2013年前,全省2000t/d以上生產線全部實施低氮燃燒技術改造,脫硝率達到30%以上;4000t/d以上生產線必須配備SNCR設施,脫硝效率60%以上;已脫硝企業(yè)擅自停運、逾期未建企業(yè)一律停產。
江西:4月6日,江西環(huán)保廳召開2012年脫硫脫硝建設項目座談會,江西南方等8家水泥企業(yè)分別介紹了脫硝項目建設進度。
湖北:黃石市環(huán)保局對全市7家水泥生產廠提出了減排要求,加快對現役生產線進行低氮燃燒技術改造,3月底各企業(yè)提出具體方案,對“十二五”不安裝脫硝設施的水泥企業(yè)將足額征收NOx排污費。
安徽?。翰扇《囗棿胧┘涌焱七M水泥行業(yè)減排,今年水泥行業(yè)實施低氮燃燒改造技術項目15個。省里正在研究出臺相關政策,從資金、技術等方面給減排企業(yè)以支持。
山西:3月16日,山西省環(huán)保廳強勢推進水泥行業(yè)脫硝。新建或改擴水泥熟料線一律按《水泥行業(yè)準入條件》執(zhí)行綜合脫硝率不低于60%;所有現役新型干法水泥生產線今年全部完成低氮燃燒技術改造,脫硝率不低于30%,4000t/d及以上生產線,2013年底建成投入運行。其他線,2014年6月底全部建成。
3、 今年五月底止,在我國東部10個?。ㄊ校┲校?0%在行動
北京、天津、上海三個直轄市,起步早。
河北:臨城奎山冀東水泥脫硝工程開工,擬6月底建成。
廣東:水泥企業(yè)實施廣東地方新標準。從今年1月1日起,廣東、珠三角大部分地區(qū)開始執(zhí)行廣東省《水泥工業(yè)大氣污染物排放標準》,NOx排放濃度限定值550mg/Nm³,余下區(qū)域自2014年執(zhí)行;今年廣東抓17條示范線,且廣東環(huán)保廳明確補貼政策:2012年和2013年脫硝的水泥企業(yè),按每條線300萬元和150萬元的標準補貼,2014年上脫硝裝置的企業(yè)不補貼。
浙江:杭州先行先試NOx排放濃度的政策規(guī)定最牛。杭州市主要污染物減排工作領導小組辦公室,以杭減辦[2011]30號文件提出:2012年9月底前完成現役12家水泥企業(yè)16條熟料生產線脫硝工程,水泥企業(yè)煙氣脫硝率保證達到85%以上(NOx排放濃度≤150mg/Nm³),脫硝裝置保證運轉率95%以上,脫硝設備靠引進壽命15年以上,脫硝不得造成二次污染,即SCR和SNCR-SCR氨逃逸控制在8mg/m³(干基、標準狀態(tài))以下。失效催化劑應優(yōu)先進行再生處理,無法再生的應進行無害化處理。其脫硝資金由市財政按項目總投資的30%補貼,其中,4000-5000t/d的生產線最高補貼690萬元/條,2500t/d的生產線最高補貼480萬元/條,各區(qū)、縣(市)配套補貼不少于40%,其余企業(yè)自籌。山東:現役水泥企業(yè)>2000t/d的生產線,必經進行低氮燃燒技術改造,并配套煙氣脫硝設施。
福建:現役2000t/d的水泥生產線,兩年內完成脫硝改造。2012年底前,對≥4000t/d的生產線實行低氮燃燒器改造,并建成脫硝裝置,綜合脫硝率達到60%以上;2013年底前,對≥2000t/d<4000t/d的水泥生產線,進行低氮燃燒器改造,并建成脫硝裝置,綜合脫硝率50%以上;對于<2000t/d以下的生產線,脫硝率達到30%以上。
4、 今年五月底止,在我國東北3個省中,67%在行動
黑龍江:脫硫脫硝納入重點監(jiān)管,19家水泥企業(yè)年內完成低氮燃燒改造工程。
吉林?。喝骈_展水泥行業(yè)氮氧化物減排攻堅戰(zhàn)。一是2012年7月底,現役10條4000t/d及以上生產線全部配備脫硝設施;二是2013年7月底,10條2000t/d熟料線全部完成低氮燃燒技術改造工程;三是新建、改造、擴建的生產線按《水泥行業(yè)準入條件》驗收,綜合脫硝率不低于60%;四是加大監(jiān)管NOx征收力度和超排處罰力度。今年全省將安排2000萬元資金補貼水泥企業(yè)脫硝。綜上所述,全國4/5以上的省、自治區(qū)、直轄市都在轟轟烈烈地開展水泥脫硝工作。
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