水泥行業(yè)脫硝面臨新標(biāo)準(zhǔn)挑戰(zhàn) 低溫SCR催化劑或成關(guān)鍵
2016年1月1日是北京市《水泥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》第二階段的實(shí)施日期。從這個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)開(kāi)始，北京市的水泥制造企業(yè)將依照“水泥窯及窯尾余熱利用系統(tǒng)氮氧化物排放不得超過(guò)200mg/m3“的新標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行運(yùn)行。相比此前的320mg/m3的老標(biāo)準(zhǔn)，意味者北京市的水泥制造企業(yè)將進(jìn)一步針對(duì)氮氧化物排放做出減排約40%的努力。而對(duì)水泥制造企業(yè)來(lái)說(shuō)，則意味者脫硝工藝路線的全新升級(jí)，由SNCR(選擇性非催化還原)全面轉(zhuǎn)向SCR(選擇性催化還原技術(shù))
原有SNCR脫硝技術(shù)難以滿足水泥行業(yè)新排放標(biāo)準(zhǔn)
記者在與國(guó)家環(huán)境保護(hù)燃煤大氣污染控制工程技術(shù)中心高翔主任的采訪中了解到，作為世界水泥的主要生產(chǎn)國(guó)，中國(guó)在2014年的水泥產(chǎn)量接近25億噸，占世界產(chǎn)量的一半以上。在水泥生產(chǎn)過(guò)程中每年排放氮氧化物約200萬(wàn)噸，約占全國(guó)氮氧化物工業(yè)排放量的15%左右，是繼電力、汽車尾氣之后的第三大氮氧化物排放源。同時(shí)，“十二五”期間，氮氧化物的排放首次被列入約束性指標(biāo)體系。隨著國(guó)家對(duì)于大氣污染治理的力度進(jìn)一步加大，對(duì)于水泥行業(yè)的排放標(biāo)準(zhǔn)也面臨著進(jìn)一步收緊。而北京作為全國(guó)空氣污染治理的重點(diǎn)城市，已在這方面先行一步，將在2016年1月1日起執(zhí)行水泥制造企業(yè)氮氧化物排放不得高于200mg/m3的新標(biāo)準(zhǔn)。
現(xiàn)有水泥企業(yè)脫硝基本采用SNCR(選擇性非催化還原)技術(shù)，即將質(zhì)量濃度25%～30%的氨水，通過(guò)霧化噴射系統(tǒng)直接噴入窯爐合適溫度區(qū)域-旋風(fēng)分離器(760~950℃)，霧化后的氨與氮氧化物(NO、NO2等混合物)進(jìn)行選擇性非催化還原反應(yīng)，將氮氧化物轉(zhuǎn)化成無(wú)污染的N2。該項(xiàng)技術(shù)的主要特點(diǎn)是脫硝裝置簡(jiǎn)單、工藝成熟穩(wěn)定、一次性投資降低，主要面臨的課題是由于工藝局限性導(dǎo)致脫硝效率不高(最高約為50%)及運(yùn)行費(fèi)用較高(氨水消耗量較大)。在面對(duì)200mg/m3的新標(biāo)準(zhǔn)時(shí)顯得力不從心。
SCR水泥脫硝面臨機(jī)會(huì)技術(shù)難點(diǎn)為低溫脫硝催化劑
選擇性催化還原法(SCR)是向催化劑上游的煙氣中噴入氨氣或其它還原劑、利用催化劑將煙氣中的氮氧化物轉(zhuǎn)化為氮?dú)夂退赃_(dá)到減排目的的脫硝手段。據(jù)了解，該技術(shù)在火電行業(yè)已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，目前國(guó)內(nèi)火電行業(yè)95%生產(chǎn)線采用SCR技術(shù)進(jìn)行脫硝，同時(shí)該技術(shù)在玻璃窯爐等其它工業(yè)窯爐上也成功實(shí)現(xiàn)應(yīng)用。
事實(shí)上，SCR是工業(yè)上應(yīng)用最廣的一種脫硝技術(shù)，以氮氧化物脫除效率高著稱：理想狀態(tài)下，可使氮氧化物的脫除率達(dá)90%以上，噴入到煙氣中的氨幾乎完全和氮氧化物反應(yīng)，是目前最好的固定源脫硝治理技術(shù)。在電力行業(yè)執(zhí)行氮氧化物排放值50mg/Nm3的情況下，仍可以很好的實(shí)現(xiàn)排放要求。然而，如此高效率的脫硝技術(shù)緣何在水泥行業(yè)應(yīng)用甚少?究其原因，水泥行業(yè)復(fù)雜的工況環(huán)境和較高的一次性投入等不利因素制約了SCR技術(shù)在水泥行業(yè)的應(yīng)用。
成本限制：采用SCR技術(shù)脫硝需要要增設(shè)裝置、占用空間、投資大、運(yùn)行費(fèi)用較高。有資料顯示，2500t/d生產(chǎn)線利用SCR總投資在2000萬(wàn)元以上，運(yùn)行成本噸熟料6元左右。
溫度限制：據(jù)了解催化劑當(dāng)今最普遍應(yīng)用的是多孔Ti2O5(載體)做成蜂窩狀模塊化，載體表面敷有起催化作用的活性成分V2O5和WO3，反應(yīng)溫度在280℃～400℃為佳。而在新型干法水泥生產(chǎn)線中，預(yù)熱器出口的溫度先進(jìn)的已降到300℃以下，同時(shí)為貫徹國(guó)家節(jié)能降耗政策，我國(guó)2500t/d以上的生產(chǎn)線普遍加裝余熱鍋爐，其排氣溫度在150℃左右，這也對(duì)脫硝催化劑提出了新的挑戰(zhàn)，要能夠在較低的溫度下達(dá)到80%以上的脫硝效率，這對(duì)于核心技術(shù)均為日本及德國(guó)外購(gòu)的國(guó)內(nèi)催化劑生產(chǎn)商來(lái)說(shuō)是個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。
金隅集團(tuán)或成國(guó)內(nèi)水泥SCR低溫脫硝“嘗鮮者”
針對(duì)如此大的技術(shù)難度和日趨嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，北京金隅集團(tuán)下屬金隅紅樹(shù)林環(huán)保技術(shù)有限責(zé)任公司與中能國(guó)信(北京)科技發(fā)展有限公司一起于2014年7月開(kāi)始了在水泥窯低溫SCR脫硝上的探索并已取得成功，預(yù)計(jì)將于今年下半年進(jìn)行工業(yè)化嘗試。其間，由中能國(guó)信公司提供的與清華大學(xué)材料學(xué)院歷時(shí)3年共同研發(fā)、同時(shí)也是國(guó)內(nèi)首款能夠滿足水泥窯150℃達(dá)成脫硝效率的低溫催化劑在其中起到了決定性作用。
記者從項(xiàng)目負(fù)責(zé)人北京金隅紅樹(shù)林環(huán)保技術(shù)有限責(zé)任公司詹永利副總經(jīng)理處了解到，這次低溫SCR脫硝的嘗試歷經(jīng)8個(gè)月，整套20000風(fēng)量的脫硝裝置歷經(jīng)了水泥廠各種工況下的考驗(yàn)，表現(xiàn)一直相當(dāng)穩(wěn)定。130℃時(shí)平均脫硝效率達(dá)到30%以上;150℃時(shí)脫硝效率穩(wěn)定在50%的水平;而在170℃時(shí)，脫硝效率則能達(dá)到最高90%，平均80%的效率。經(jīng)測(cè)算，完全可滿足2016年的北京水泥行業(yè)氮氧化物新標(biāo)準(zhǔn)，并可進(jìn)一步降低氨水消耗量，降低整體脫硝裝置運(yùn)行費(fèi)用。
而中能國(guó)信(北京)公司的總經(jīng)理王晨則對(duì)記者表示，由該公司連同清華大學(xué)共同開(kāi)發(fā)的低溫SCR脫硝催化劑能夠滿足自130-380℃溫度區(qū)間的多樣化當(dāng)氧化物減排需求，且連續(xù)運(yùn)行狀況十分穩(wěn)定，處于國(guó)內(nèi)絕對(duì)領(lǐng)先水平。并在2014年已于平板玻璃等行業(yè)進(jìn)行了率先嘗試，希望能夠在2015年與金隅集團(tuán)一起完成全國(guó)首條水泥窯SCR低溫脫硝示范線，為北京能夠“常有APEC藍(lán)”做出貢獻(xiàn)。
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