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為防止鍋爐內煤燃燒后產生過多的NOx污染環境,應對煤進行脫硝處理。分為燃燒前脫硝、燃燒過程脫硝、燃燒后脫硝。

脫硝技術

根據水泥窯氮氧化物的形成機理,水泥窯降氮減排的技術措施有兩大類:

一類是從源頭上治理。控制煅燒中生成NOx。其技術措施:①采用低氮燃燒器;②分解爐和管道內的分段燃燒,控制燃燒溫度;③改變配料方案,采用礦化劑,降低熟料燒成溫度。

另一類是從末端治理。控制煙氣中排放的NOx,其技術措施:①"分級燃燒+SNCR",國內已有試點;②選擇性非催化還原法(SNCR),國內已有試點;③選擇性催化還原法(SCR),歐洲只有三條線實驗;③SNCR/SCR聯合脫硝技術,國內水泥脫硝還沒有成功經驗;④生物脫硝技術(正處于研發階段)。

總之,國內開展水泥脫硝,尚屬探索示范階段,還未進行科學總結。各種設計工藝技術路線和裝備設施是否科學合理、運行可靠?脫硝效率、運行成本、水泥能耗、二次污染物排放有多少等都將經受實踐的檢驗。

脫硝的系統工程

水泥企業采用"SNCR"方法脫硝,并非水泥企業一家之事。它受到不少制約。不僅涉及生產、流通、分配和消費,而且涉及到工業、農業、商業、交通、公安、能源、物價、環保、安全監管和質檢等政府多個部門。

采用SNCR方法脫硝,還原劑是最大消耗品(但對于SCR脫硝來說催化劑的消費量更多)。水泥脫硝一般選用尿素或氨水(不選擇液氨 —— 危險品)作還原劑,但是尿素、氨水又是通過合成氨轉換而生產出來的,可是合成氨單位產品綜合能耗相當高(詳見表2)。

現以重慶18條2500t/d線脫硝為例, 若NOx排放的本底值為1000mg/Nm³左右,NOx排放要降到500 mg/Nm³以下,年減排NOx為21060噸,則必須采用SNCR脫硝,若選擇氨水(濃度25%)作還原劑,則年需耗氨水62280噸。既相當于消耗合成氨15570噸→必然增加化工廠綜合能耗25691噸(標煤)→經信委必然增加化工廠天然氣用量和用電指標→必然增加化工廠合成氨水污染物排放(化學需氧量23.36噸、氨氮9.3噸、氰化物0.047噸、SS10.90噸、石油類1.56噸、揮發酚0.031噸、硫化物0.156噸、排水量155700噸)→勢必涉及到環保部門對合成氨生產企業污染物控制總量指標→涉及物價部門如何確定用于水泥工業脫硝的氨水、尿素價格以及化工廠增用天然氣價格如何確定→涉及增加運送氨水、尿素到水泥廠的社會運量及公安交通安全暢通→涉及農業主管部門將尿素、氨水調出農業系統→涉及市政府節能、減排辦公室對水泥企業脫硝增加了單位產品能源消耗和廢棄物排放量如何考核→涉及國家標準制定部門修改相關標準→涉及質監部門對水泥產品質量標準檢驗等。

報道稱,中國化工信息中心副總工程師徐京生是在中國精細化工產業發展研討會上做出上述表示的。她進一步指出,國家在"十二五"期間會將氮氧化物也列入節能減排的總量控制范圍,而控制氮氧化物的實質就是"脫硝";今后會像強制"脫硫"一樣實施強制"脫硝"。

"十二五"節能規劃十大節能工程

脫硫脫硝工程列入十二五節能規劃十大節能工程:

1、脫硫脫硝工程(火電行業、水泥行業、鋼鐵行業作為重中之重)

2、節能改造工程

3、節能產品惠民工程

4、合同能源管理推廣工程

5、節能技術產業化示范工程

6、城鎮生活污水處理設施建設工程

7、重點流域水污染防治工程

8、規模化畜禽養殖污染防治工程

9、循環經濟示范推廣工程

10、節能減排能力建設工程。

1、加氫脫硝

2、洗選

燃燒中脫硝

1、低溫燃燒

2、低氧燃燒

3、FBC燃燒技術

4、采用低NOx燃燒器

5、煤粉濃淡分離

6、煙氣再循環技術

燃燒后脫硝

1、選擇性非催化還原 脫硝(SNCR)

2、選擇性催化還原 脫硝(SCR)

3、活性炭吸附

4、電子束脫硝

選擇性非催化還原法是一種不使用催化劑,在 850~1100℃溫度范圍內還原NOx的方法。最常使用的藥品為氨和尿素。一般來說,SNCR脫硝效率對大型燃煤機組可達 25%~40% ,對小型機組可達 80%。由于該法受鍋爐結構尺寸影響很大,多用作低氮燃燒技術的補充處理手段。其工程造價低、布置簡易、占地面積小,適合老廠改造,新廠可以根據鍋爐設計配合使用。

選擇性催化還原技術

SCR 是目前最成熟的煙氣脫硝技術, 它是一種爐后脫硝

方法, 最早由日本于 20 世紀 60~70 年代后期完成商業運行, 是利用還原劑(NH3, 尿素)在金屬催化劑作用下, 選擇性地與 NOx 反應生成 N2 和H2O, 而不是被 O2 氧化, 故稱為" 選擇性" 。世界上流行的 SCR工藝主要分為氨法SCR和尿素法 SCR 2種。此 2種方法都是利用氨對NOx的還原功能 ,在催化劑的作用下將 NOx (主要是NO)還原為對大氣沒有多少影響的 N2和水 ,還原劑為 NH3。

在SCR中使用的催化劑大多以TiO2為載體,以V2O5或V2 O5 -WO3或V2O5-MoO3為活性成分,制成蜂窩式、板式或波紋式三種類型。應用于煙氣脫硝中的SCR催化劑可分為高溫催化劑(345℃~590℃)、中溫催化劑(260℃~380℃)和低溫催化劑(80℃~300℃), 不同的催化劑適宜的反應溫度不同。如果反應溫度偏低,催化劑的活性會降低,導致脫硝效率下降,且如果催化劑持續在低溫下運行會使催化劑發生永久性損壞;如果反應溫度過高,NH3容易被氧化,NOx生成量增加,還會引起催化劑材料的相變,使催化劑的活性退化。國內外SCR系統大多采用高溫,反應溫度區間為315℃~400℃。

優點:該法脫硝效率高,價格相對低廉,廣泛應用在國內外工程中,成為電站煙氣脫硝的主流技術。

缺點:燃料中含有硫分, 燃燒過程中可生成一定量的SO3。添加催化劑后, 在有氧條件下, SO3 的生成量大幅增加, 并與過量的 NH3 生成 NH4HSO4。NH4HSO4具有腐蝕性和粘性, 可導致尾部煙道設備損壞。 雖然SO3 的生成量有限, 但其造成的影響不可低估。另外,催化劑中毒現象也不容忽視。

活性炭吸附

配合使用

電子束脫硝

新技術

2011年底,我國在役新型干法水泥生產線1513條。安裝建設有水泥脫硝設施的僅為6條 5年左右時間,才建成6條線,它們各條線的投資、運行情況,脫硝效率、真實的成本和運行費用如何?尚不清楚。

方興未艾階段

1、2012年五月底止,在我國西部12個省(區、市)中,83.3%在行動

重慶市:2012年2月21日,重慶市發出了渝委辦[2012]16號文件,要求9個企業18條新型干法水泥生產線,年底建成脫硝裝置;目前有6條線處于建設調試階段,其它處于可研或招標階段。

四川省:2011年11月7日,四川省人民政府辦公廳發出了川辦函[2011]247號文件,《轉發環境保護廳關于"十二五"降氮脫硝工作意見的通知》,"十二五"期間完不成的,將停止對該水泥企業的供電。

云南省:環保廳約談遠東水泥有限公司,安排脫硝工程建設。

貴州省:省環保廳向全省9個市(州)發函,要求火電、水泥行業須建脫硝設施:4000t/d以上及2000t/d以下的生產線綜合脫硝效率要求達到75%以上,2000t/d至4000t/d的生產線綜合脫硝效率要求達到40%以上,省政府每季度進行普查。

寧夏:召開了2012年全區主要污染物減排工作會議,全面啟動水泥企業的低氮燃燒工程;平羅恒達水泥公司2500t/d生產線脫硝項目已簽約。

新疆:在"十二五"工程減排措施中,新增煙氣脫硝工程(水泥熟料生產線脫硝工程)。

陜西:2011年陜西省環保廳、咸陽市政府相繼發出有關文件,要求水泥企業開展脫硝工程建設。

青海:環保廳確定"42321"目標,抓緊鹽湖海納、互助金圓、湟中祁連山等水泥企業脫硝工程建設。

內蒙古:煙氣脫硝和煙塵控制技術交流會在鹽城召開。

廣西:廣西西普南雁水泥有限公司脫硝示范2000t/d生產線,2012年4月25日已投入運行。

2、在我國中部6個省中,100%在行動

河南:河南省新鄉市強制當地水泥企業脫硝改造。新鄉市共有新型干法生產線18條以上,2012年底以前開工建設水泥脫硝,2013年前必須完成。

湖南:水泥行業脫硝進入倒計時。2013年前,全省2000t/d以上生產線全部實施低氮燃燒技術改造,脫硝率達到30%以上;4000t/d以上生產線必須配備SNCR設施,脫硝效率60%以上;已脫硝企業擅自停運、逾期未建企業一律停產。

江西江西環保廳召開2012年脫硫脫硝建設項目座談會,江西南方等8家水泥企業分別介紹了脫硝項目建設進度。

湖北:黃石市環保局對全市7家水泥生產廠提出了減排要求,加快對現役生產線進行低氮燃燒技術改造,3月底各企業提出具體方案,對"十二五"不安裝脫硝設施的水泥企業將足額征收NOx排污費。

安徽省:采取多項措施加快推進水泥行業減排,水泥行業實施低氮燃燒改造技術項目15個。省里正在研究出臺相關政策,從資金、技術等方面給減排企業以支持。

山西:山西省環保廳強勢推進水泥行業脫硝。新建或改擴水泥熟料線一律按《水泥行業準入條件》執行綜合脫硝率不低于60%;所有現役新型干法水泥生產線全部完成低氮燃燒技術改造,脫硝率不低于30%,4000t/d及以上生產線,2013年底建成投入運行。其他線,2014年6月底全部建成。

3、在我國東部10個省(市)中,70%在行動

北京、天津、上海三個直轄市,起步早。

河北:臨城奎山冀東水泥脫硝工程開工,擬6月底建成。

廣東:水泥企業實施廣東地方新標準。廣東、珠三角大部分地區開始執行廣東省《水泥工業大氣污染物排放標準》,NOx排放濃度限定值550mg/Nm³,余下區域自2014年執行;廣東抓17條示范線,且廣東環保廳明確補貼政策:2012年和2013年脫硝的水泥企業,按每條線300萬元和150萬元的標準補貼,2014年上脫硝裝置的企業不補貼。

浙江:杭州先行先試NOx排放濃度的政策規定最牛。杭州市主要污染物減排工作領導小組辦公室,以杭減辦[2011]30號文件提出:2012年9月底前完成現役12家水泥企業16條熟料生產線脫硝工程,水泥企業煙氣脫硝率保證達到85%以上(NOx排放濃度≤150mg/Nm³),脫硝裝置保證運轉率95%以上,脫硝設備靠引進壽命15年以上,脫硝不得造成二次污染,即SCR和SNCR-SCR氨逃逸控制在8mg/m³(干基、標準狀態)以下。失效催化劑應優先進行再生處理,無法再生的應進行無害化處理。其脫硝資金由市財政按項目總投資的30%補貼,其中,4000-5000t/d的生產線最高補貼690萬元/條,2500t/d的生產線最高補貼480萬元/條,各區、縣(市)配套補貼不少于40%,其余企業自籌。山東:現役水泥企業>2000t/d的生產線,必經進行低氮燃燒技術改造,并配套煙氣脫硝設施。

福建:現役2000t/d的水泥生產線,兩年內完成脫硝改造。2012年底前,對≥4000t/d的生產線實行低氮燃燒器改造,并建成脫硝裝置,綜合脫硝率達到60%以上;2013年底前,對≥2000t/d<4000t/d的水泥生產線,進行低氮燃燒器改造,并建成脫硝裝置,綜合脫硝率50%以上;對于<2000t/d以下的生產線,脫硝率達到30%以上。

4、在我國東北3個省中,67%在行動

黑龍江:脫硫脫硝納入重點監管,19家水泥企業年內完成低氮燃燒改造工程。

吉林省:全面開展水泥行業氮氧化物減排攻堅戰。一是2012年7月底,現役10條4000t/d及以上生產線全部配備脫硝設施;二是2013年7月底,10條2000t/d熟料線全部完成低氮燃燒技術改造工程;三是新建、改造、擴建的生產線按《水泥行業準入條件》驗收,綜合脫硝率不低于60%;四是加大監管NOx征收力度和超排處罰力度。全省將安排2000萬元資金補貼水泥企業脫硝。綜上所述,全國4/5以上的省、自治區、直轄市都在轟轟烈烈地開展水泥脫硝工作。