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)
【谷騰環(huán)保網(wǎng)訊】在習(xí)總書(shū)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(kāi)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(jiàn)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。《意見(jiàn)》要求采取有效措施控制氨逃逸，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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)量氨治理技術(shù)
當(dāng)煙氣中氨含量超過(guò)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)岣邿煔庵蠳Ox濃度，使之與NH3發(fā)生反應(yīng)從而消耗掉過(guò)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(guò)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(guò)度運(yùn)行。
（4）、對(duì)水泥品質(zhì)沒(méi)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(guò)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(guò)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(wèn)題和抗中毒問(wèn)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(kāi)工建設(shè)，2022年12月項(xiàng)目竣工，同期開(kāi)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(guò)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(guò)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(guò)噴入高效增氮?jiǎng)黾拥趸餄舛龋拱钡柋鹊玫狡胶猓ＷC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(shù)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(guò)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(guò)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(méi)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(lái)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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