氧化鎂輕燒窯超低排放技術探討
一 前言
中國鎂礦資源豐富，主要分布在遼寧地區和山東地區，品位高，雜質少。以菱鎂礦為原料，以煤氣或煤炭為燃料在700~1000℃燒成的氧化鎂為輕燒氧化鎂。輕燒氧化鎂是一種重要的無機化工產品，主要用于制造膠凝材料，如含鎂水泥、絕熱和隔音的建筑材料，也可做陶瓷原料；將輕燒鎂進行化學處理后，可以制成多種鎂鹽，用作醫藥、橡膠、人造纖維、造紙等方面的原料。但是，在生產輕燒氧化鎂的過程中經常會產生含有大量顆粒物和氮氧化物的煙氣，對環境造成很大的危害。而且隨著鎂質材料行業迅速發展，氧化鎂輕燒窯日益增多，煙氣污染也越來越嚴重。遼寧省地方標準DB21/3011-2018《鎂制耐火材料工業大氣污染物排放標準》規定2021年1月1日期起輕燒窯的顆粒物、二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOx）的排放限值分為由50、100、200mg/m3修改為30、50、100mg/m3。隨著環保要求越來越嚴格，采用高效設備及技術對輕燒窯煙氣進行治理已迫在眉睫。
二 輕燒窯煙氣特點
（1）輕燒窯出口煙氣溫度低且波動大，100~250℃。
（2）NOx含量100~500mg/m3。
（3）SO2含量較低，一般不高于300mg/m3；部分輕燒窯SO2排放濃度低于50mg/m3。
（4）輕燒窯已采用布袋除塵，除塵后顆粒物濃度滿足排放要求。
（5）氧含量高，濕度大。
三 輕燒窯煙氣超低排放技術路線
根據輕燒窯的煙氣特點，結合近年來脫硫脫硝技術在各行業的推廣應用經驗，可用于輕燒窯的工藝路線有兩種：（1）脫硫前脫硝—布袋除塵+中溫SCR脫硝+濕法脫硫；（2）脫硫后脫硝—SDS干法脫硫除塵+低溫SCR脫硝。兩種工藝路線的對比如下：
首先，輕燒窯煙氣溫度低且波動大，如采用中溫SCR脫硝，需要設置熱風爐和GGH換熱器將煙氣溫度升高到280℃以上。氧化鎂廠可利用的燃料氣一般只有天然氣，天然氣單價約2.6元/m3。以一臺10000m3/h的輕燒窯煙氣為例，煙氣溫度每升高10℃，僅天然氣消耗一項，年運行成本增加約10萬元/年。在實際應用中，采用中溫SCR，熱風爐對煙氣升溫的幅度不低于30℃，天然氣消耗成本不低于30萬元/年。而采用150℃的低溫SCR，熱風爐僅在煙氣溫度低于150℃時使用，天然氣消耗大幅降低；同時，由于僅需間歇性對煙氣進行加熱，無需設置GGH換熱器，減少系統投資。
其次，輕燒窯煙氣二氧化硫含量較低，采用SDS干法脫硫即可達標排放。SDS脫硫溫降低，不會引起天然氣消耗的明顯增加。同時，SDS法的脫硫劑以干粉形式直接噴入煙道中，不需要設置制漿系統和脫硫塔，且沒有廢水產生，投資成本和運行成本均比濕法脫硫低。
最后，脫硫后脫硝——SDS干法脫硫除塵+低溫SCR脫硝工藝不需要設置GGH和脫硫塔，系統阻力比脫硫前脫硝工藝低2000Pa以上，因此引風機功耗明顯降低。以一臺10000m3/h的輕燒窯煙氣為例，引風機功耗可降低約15萬元/年。
綜上所述，輕燒窯煙氣治理推薦采用“SDS干法脫硫除塵+低溫SCR脫硝”的工藝路線。
四 華電光大低溫脫硝催化劑介紹
作為國內首家也是唯一一家完全自主知識產權的SCR平板式催化劑公司，北京華電光大環境股份有限公司依托華北電力大學生物質發電成套設備國家工程實驗室多年來在煙氣環保領域方面的研發成果，本著“技術為根、誠信為本、節能環保、利國利民”的經營理念，建成板式催化劑生產線，產能達到30000立方米/年。目前主營的催化劑有“高溫、中溫、寬溫、低溫”全溫區系列和“抗堿金屬、抗砷中毒、超強耐磨”等特種催化劑，并已成功應用在火電廠、氧化鋁焙燒、焦化、鋼鐵、化工等多個行業中。2019年，華電光大參與完成的《新型多溫區SCR脫硝催化劑與低能耗脫硝技術及應用》榮獲國家科學進步二等獎和教育部科學技術進步一等獎。
華電光大低溫脫硝催化劑適用范圍廣，經過半工業化試驗驗證，在150~280℃溫度區間內具有良好的脫硝活性。同時抗堿金屬中毒能力強；SO2轉化率低，硫銨鹽生成量少；抗堵塞能力強；需用反應器體積小，初投資少。華電光大可針對客戶所提供的煙氣參數量身定制最佳催化劑方案。
目前，華電光大低溫催化劑已在數十個項目中取得成功應用。其中，太鋼三燒超低排放改造工程中，脫硝催化劑運行溫度150℃，自2020年1月22日投運以來，運行良好，脫硝出口NOx濃度穩定在30mg/m3以下，完全滿足設計要求。
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