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大PK水泥脱硝工艺改造为何叫好不叫座

发布时间:2019-05-19 21:53:25

[大PK]水泥脱硝工艺改造为何叫好不叫座?

今年上半年,《水泥工业大气污染物排放标准》已经完成全国征求意见,并已递交送审稿,《标准》征求意见稿明确要求,现有水泥生产线NOx排放限值要从当前800mg/Nm3的水平降至450mg/Nm3,新建水泥生产线要低320mg/Nm3。在严峻的减排形势下,各地纷纷督促水泥企业上马氮氧化物减排设施,然而对于水泥企业来说脱硝技术的选择依然是一个问题。

在目前水泥脱硝技术中,工艺改造与SNCR技术是争议的重点。工艺改造采用低氮燃烧、分级燃烧、富氧燃烧、高固气比等方式从源头上治理,控制煅烧中生成NOx,技术改造成本低,后期运行成本低,在业界受到广泛认可。SNCR则通过向炉内喷含氨基的还原剂,将烟气中的NOx还原脱除,生成氮气和水的脱硝技术,从末端控制烟气中排放的NOx,因其可能产生二次污染,一次性投资成本高,后续运行成本高等,企业普遍表示该技术运行成本压力。

关于选择工艺改造脱硝还是采用SNCR技术脱硝,中国水泥在近的一次调查中,调查结果显示:支持工艺改造的人数在800左右,支持SNCR技术的人数在500左右。工艺改造在调查结果中以优势压过了SNCR技术脱硝。

然而,从环境保护部2013年24号文公布的数据中显示,全国投运水泥生产线脱硝设施清单中我国已建成投运水泥熟料生产线脱硝设施148台,熟料年生产能力1.57亿吨(约占全国水泥生产能力的7.1%);已投运的脱硝设施中仅有1台采用氧化吸收法(绍兴兆山),其余全部采用SNCR脱硝技术。

为何这么一项普遍看好的氮氧化物减排方式,在实际推进中遭遇“滑铁卢”,出现令人难以理解的“叫好不叫座”情况?

工艺改造脱硝效率低可能是主要的制约因素

众所周知,NOx的产生主要源于分解炉内产生的燃料型NOx和回转窑内产生的燃料型NOx和热力型NOx的总和。分解炉内的操作温度一般不超过1000度,主要形成的是燃料NOx,燃料型NOx在200℃以上燃料氮就可以直接转化成NOx(主要是NO),回转窑内的孰料煅烧温度约1450℃,需要的气体火焰温度在1850℃以上,除了燃料氮直接转化成NOx外,还因温度较高,空气中的氮直接转化成热力NOx。一般情况下,回转窑内产生的燃料型和热力型NOx的总和占系统中NOx产生总量的65%~75%,分解炉内产生的燃料型NOx约占系统总量的35%~25%。

工艺改造中相对成熟的分级燃烧技术,就是在回转窑和分解炉之间增设一个独立的还原燃烧区,将部分燃料转移到还原区内燃烧,形成还原气氛,达到还原回转窑中产生NOx的目的。一般情况下分级燃烧的脱氮效率可达60%,而回转窑内产生的NOx约占系统总量的65%~75%,因此,对于整个系统来说,分解燃烧的脱氮效率也仅有45%,也就是说氮氧化物分级燃烧不可能达到50%。因为分级燃烧本身的效率只有60%,仅解决70%的60%的脱氮任务,显然达不到《水泥行业准入条件》中脱除NOx效率60%的要求。

作为工艺改造分级燃烧技术的积极推行者,海螺水泥在其众多生产线上进行了实验。通过对芜湖海螺一线、建德海螺一线、重庆海螺一线分级燃烧技术改造和运行调试分析,NOx减排效率平均在30%以上(见:低氮燃烧技术改造在海螺集团水泥熟料生产线的成功应用 《中国水泥》2012.12)。而在更多企业的实验中,NOx减排效率在30%左右就已经是一个非常好的效果,效果在10%~20%之间也不少见。

无论是理论还是实践,单纯的工艺改造等不能达到新的脱硝标准要求,而且相差甚远。

工艺改造脱硝对操作的要求非常高

为限度地降低NOx,对回转窑实施工艺改造分级燃烧的操作者来说,重要的是要清楚在生产过程中的影响变量,以便能限度地降低。

根据海螺建材设计研究院对芜湖海螺、重庆海螺、建德海螺低氮分级燃烧技术改造分析,影响分级燃烧脱氮技术应用及效果的主要因素包括:原、燃料的情况、煤粉在脱氮区的停留时间、窑尾的氧含量等。

(1)严格控制原、燃料中有害成分,生料中的Cl-<0.015%(max0.02%),K2O+NaO<1%,硫碱比<1.5%,以保证系统的正常运行;

(2)相对无烟煤而言,烟煤的高挥发分能够提供更多还原物质,提高分级燃烧的脱氮效率;

(3)窑尾烟室的氧含量越低,分级燃烧的脱氮效果越好。在窑尾氧含量高于3.5%时,将影响分级燃烧的效果,因此必须以全面提高生产管理水平和精细化操作水平为保证,此点对于大多水泥厂来说是一挑战。

(4)脱氮区空间需能够满足煤粉及还原性物质还原NOx所需的停留时间。

从当前工艺改造降低NOx产生的技术中,无论是采用低氮燃烧器还是分级燃烧,尽管都不需要花太多成本,仅有少量的设备改动成本,但是其对窑系统操作的要求都非常高,这成为很多企业拒绝选择工艺改造脱硝的重要原因。

工艺改造脱硝具有较大的不确定性

诚如上文所述通过工艺改造的方式降低NOx对窑系统操作的要求非常高,操作不当可能会产生负面影响。水泥窑系统运行对稳定的要求非常高,由于工艺改造具有较大的不确定性,很可能到头来NOx削减量没有降下去,系统不稳定导致生产能耗、产量都受影响。

相当一部分水泥企业,在当前生产运行保持稳定状态下,在产能发挥与能耗效率都还可以接受的情况下,出于对工艺技术改造不确定性的担忧,很难下决心进行工艺改造。

SNCR技术与低氮分级燃烧相比,不确定性相对较低。SNCR技术主要预热器进行定点喷氨,可能造成热耗上升,但是问题相对稳定,比较容易解决。

综观,当前水泥企业选择脱硝技术方案时,多选择SNCR技术而极少通过工艺技术改造,大多出于以下方面考虑:工艺改造不能达到脱硝要求;工艺改造使用麻烦,操作要求高。

为何在已经完成的脱硝项目中,大多仅采用SNCR技术,较少采用工艺改造或者工艺改造+SNCR技术?有业界人士如是回答,要解决问题,在都需要花钱的情况下,既然能用简单的方式解决问题,为何要选择复杂的方式。

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