高粉塵SCR的生產(chǎn)實(shí)踐

Mergelstetten水泥廠原設(shè)置一套SNCR裝置，可滿足工廠煅燒60%的工業(yè)廢燃料時350mg/m3（標(biāo)）的排放需求，但環(huán)保部門需求，煅燒100%的工業(yè)廢燃料，NOX排放為200mg/m3、NH3為30mg/m3的限值。從2008年起，在有關(guān)部門支持下，啟動SCR示范項(xiàng)目，歷經(jīng)多年努力，取得成功，項(xiàng)目投資為1 070萬歐元。

1　工廠技術(shù)

燒成生產(chǎn)線由一臺四級預(yù)熱器、回轉(zhuǎn)窯、篦冷機(jī)組成，產(chǎn)量3 400t/d，為降低NOX排放，2003年投產(chǎn)了一臺SNCR裝置，長期運(yùn)行過程中，證實(shí)可將NOX排放值降至350mg/m3以下。但出現(xiàn)NOX排放值越少，NH3逃逸量越多，費(fèi)用也越高的現(xiàn)象，限制了工廠進(jìn)一步增加代用燃料的需求，為此，開展了SCR的工藝裝備技術(shù)的開發(fā)（圖1）。

圖1所示，SNCR裝置的NH3是在窯尾上升煙道的高溫部位噴入，而SCR裝置的NH3則在二級預(yù)熱器上升管道煙氣溫度在260～380℃的高含塵部位噴入，煙氣內(nèi)的NOX經(jīng)減排后，經(jīng)催化反應(yīng)塔和排風(fēng)機(jī)入增濕塔、收塵器、煙囪排至大氣。若催化反應(yīng)塔檢修，煙氣可直接入增濕塔、收塵器、煙囪排至大氣。生產(chǎn)時，可單獨(dú)操作SNCR，也可聯(lián)合操作SNCR和SCR或單獨(dú)操作SCR系統(tǒng)。

由于噪音控制要求，提升機(jī)、催化反應(yīng)塔、各層檢修平臺及風(fēng)機(jī)等建筑均密閉。

圖1　SNCR、SCR噴入部位及工藝流程

催化反應(yīng)塔共7層，每層由18個陶瓷模塊組成，實(shí)際操作為4層，其中2層儲備，1層作檢修備用。

8臺壓縮風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓為200～300kPa，空氣最低溫度＞140℃，以避免冷凝。

催化反應(yīng)塔在停機(jī)后，避免溫度過低，其中4層設(shè)置棒狀電加熱器加熱，每層6個，共24個。

2　操作情況

2010年4月SCR裝置投入生產(chǎn)后，很快就遇到高粉塵濃度的煙氣通過催化層時，粉塵堵塞催化層微細(xì)孔，隨即對壓縮空氣清理系統(tǒng)的管道、噴孔尺寸、噴孔噴射位置、噴射方式以及軟管彎頭漏風(fēng)進(jìn)行清理和改進(jìn)，同時對壓縮空氣壓力進(jìn)行探索，確保4層操作全部風(fēng)壓大致為0.6～0.7kPa，每層約0.15kPa。

第二個問題是沉積在催化層的粉塵使催化層失去活性，原設(shè)計采用保護(hù)棒，以消除粉塵。操作時保護(hù)棒失去作用后被拆除改為活性催化層。此外，為減少粉塵阻塞催化層，設(shè)計采用六邊形蜂巢狀催化層，但形狀復(fù)雜易損壞，且制造困難，價格高，后改為方形蜂巢狀催化層，使用證實(shí)效果較好，且價位低。原設(shè)計采用的催化層所選用材質(zhì)機(jī)械強(qiáng)度差，后改為陶瓷材質(zhì)，強(qiáng)度及使用溫度均有提高。

操作10個月后，煙氣進(jìn)入的最上一層催化層的使用效率越來越低，隨即進(jìn)行更換，又運(yùn)作了10個月，中間層因催化使用效率降低也被更換。

操作中曾出現(xiàn)煙氣溫度＞400℃，催化劑失效的狀況。因而煙氣溫度必須控制在380℃以內(nèi)。

2010年投產(chǎn)至2011年底，期間主要是對裝備進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，以后生產(chǎn)逐年正常，大致10個月就對不同的催化層進(jìn)行更換。

從2011年起，NOX排放值在200mg/m3以內(nèi)，而NH3逃逸量在20mg/m3以內(nèi)。某些時間NOX排放值會＜350mg/m3，這是更換催化層，換用SNCR所致。

在近期的785d操作運(yùn)行周期內(nèi)，SCR裝置運(yùn)行742d，運(yùn)轉(zhuǎn)率為95%。

表1　系統(tǒng)裝機(jī)功率和生產(chǎn)電耗

表2　操作費(fèi)用

3　生產(chǎn)費(fèi)用

3.1更換催化層部件

生產(chǎn)運(yùn)行初期，因催化層部件的材質(zhì)和形狀難于滿足生產(chǎn)需求，此外操作溫度偏高，造成催化劑失效，以至于多次出現(xiàn)更換部件材質(zhì)和形狀。當(dāng)矩形陶瓷部件投入生產(chǎn)后，操作溫度控制在380℃以內(nèi)，運(yùn)行正常，一年僅維護(hù)、更換4層部件，4年的年平均費(fèi)用約0.30歐元/t熟料，包括清理和安裝費(fèi)用。由于陶瓷部件及操作溫度控制穩(wěn)定，今后費(fèi)用可下降30%～40%。

3.2電耗

系統(tǒng)裝機(jī)功率和電耗見表1。

系統(tǒng)壓降及清理空氣量及壓降均可優(yōu)化，電耗可降30%。

3.3催化劑消耗

生產(chǎn)運(yùn)行初期，采用SNCR和SCR組合還原劑，平均消耗約6kg/t熟料。從2011年11月起，采用SCR操作，還原劑降至約3.51kg/t熟料，消耗量僅約為SNCR的50%。

3.4操作費(fèi)用

操作費(fèi)用見表2，4年生產(chǎn)的平均費(fèi)用為1.12歐元/t熟料，但催化部件和電能消耗還可降30%以上。

4　其他效果

預(yù)分解窯的含塵煙氣經(jīng)SCR裝置的催化層，從實(shí)踐得來的效率不僅是NOX、NH3排放值明顯下降，而且煙氣中一些歐洲水泥協(xié)會明確規(guī)定的其他排放物都不同程度下降，情況如下：

煙氣中所含水銀未經(jīng)催化層，80%為水銀原子。而經(jīng)催化層后，10%為水銀原子，90%為水銀離子。通常離子結(jié)合的水銀較水銀原子處置方便。

煙氣中的碳總量減少約70%。煙氣中的二惡英和呋喃約50%～60%分解。

煙氣中的甲烷、分解效率不大。

5　結(jié)語

SCR經(jīng)4年的操作、優(yōu)化、提高的過程，完全滿足歐洲水泥協(xié)會現(xiàn)定的焚燒100%工業(yè)代用燃料NOX排放值為200mg/m3，NH3為30mg/m3的限值。生產(chǎn)安全可靠，滿足窯運(yùn)轉(zhuǎn)率95%的需求，此外，還可降低碳總量、二惡英和呋喃以及水泥元素的排放值。

SCR系統(tǒng)內(nèi)單位熟料消耗的NH3較SNCR降低50%以上。

上述因素在選用時，可綜合考慮。

陳友德編譯自

No.3/2015Cement International