水泥窯SCR脫硝技術路線與經濟性分析

徐雯

摘 要：水泥工業對NOx排放要求日趨嚴格，研究高效、經濟水泥窯SCR脫硝技術路線具有現實意義。基于水泥窯工藝路線和煙氣特點，介紹了水泥窯SCR脫硝主要技術路線及其特點。以建德三獅水泥有限公司的5000 t/d水泥線為例，對預熱器C1-高溫金屬除塵器-SCR脫硝塔、余熱鍋爐-布袋除塵器-GGH-SCR脫硝塔和原布袋除塵器-兩級GGH-SCR脫硝塔三種技術路線進行經濟性分析，結果表明采取預熱器C1-高溫金屬除塵器-SCR脫硝塔布置的中溫低塵路線具有優勢。

關鍵詞：水泥窯SCR脫硝;技術路線;經濟分析;高溫金屬除塵器

2017年全國NOx排放總量1258.8萬噸[1]，其中，水泥工業貢獻約105.76萬噸[2]，僅次于火電行業和機動車尾氣。水泥工業NOx排放控制標準日趨嚴格，《水泥工業大氣污染物排放標準》（GB 4915-2013）規定NOx排放限值400 mg/Nm3，重點地區320 mg/Nm3;2017年5月，江蘇省環保廳《關于開展全省非電行業氮氧化物深度減排的通知》提出水泥企業2019年6月1日前NOx排放限值100 mg/Nm3目標;2018年2月，《河南省2018年大氣污染防治攻堅實施方案》中要求水泥企業2018年10月底前，NOx排放低于150 mg/Nm3;2018年9月，《唐山市生態環境深度整治攻堅月行動方案》要求NOx排放限值50 mg/Nm3。

SCR脫硝技術作為全世界應用最廣泛高效的NOx脫除技術，能滿足水泥行業日益嚴格的排放標準，是一種理想的水泥窯脫硝技術。基于水泥窯工藝路線和煙氣特點，本文先后對水泥窯SCR脫硝主要技術路線進行介紹和經濟性分析，為水泥窯NOx深度減排研究提供參考。

1 .水泥窯工藝路線和煙氣特點

水泥窯工藝路線如圖1所示，煙氣具有以下特點：

（1）一般都摻復合礦化劑煅燒，廢氣中含有有害的腐蝕性氣體SOx、HF;

（2）濕度大，露點高。水含量一般8～16%，水蒸氣露點一般為45～55℃，酸露點溫度更高;

（3）NOx含量一般在700～1300 mg/Nm3，平均為1000 mg/Nm3;

（4）粉塵濃度大（60～100 g/Nm3）、粒徑小、堿金屬成分高;

（5）煙氣量、溫度、含濕量、比電阻、粉塵濃度等不穩定。

2 .水泥窯SCR脫硝技術路線

根據SCR反應器的布置方式，水泥窯SCR脫硝主要的技術路線可分為傳統的中溫高塵、中溫中塵、中低溫低塵、低溫低塵技術路線以及利用新型高溫金屬除塵器的中溫低塵技術路線。

2.1 中溫高塵技術路線

SCR反應器布置在預熱器C1和余熱鍋爐間，此處的溫度較高，約300～400℃，足以滿足SCR催化劑反應需要的溫度。但此處粉塵含量高、堿金屬含量高（在處置固廢的水泥廠還有重金屬含量高的問題），在防止催化劑磨損、堵塞和中毒方面有較高的技術難度，需在此條件下驗證催化劑的抗磨損、抗中毒能力和脫硝效率后使用。

2.2 中溫中塵技術路線

SCR反應器布置在預熱器C1和余熱鍋爐間，在SCR反應器之前安裝高溫電除塵器或旋風除塵器，但會增加設備成本，煙氣溫度也會有所降低，約290～330℃。

2.3 中低溫低塵技術路線

SCR反應器布置在余熱鍋爐之后，通常需要在SCR反應器之前安裝電除塵器或布袋除塵器。該處的粉塵含量可在10 mg/Nm3以下，可降低粉塵對SCR催化劑的影響。但此處煙氣溫度會降至200～300℃，此溫度下催化劑活性低，且煙氣中SO3與NH3易生成硫銨副產物，堵塞催化劑并增加吹灰難度。需要通過煙氣再熱技術將氣體的溫度加熱到300 ℃以上或使用低溫催化劑，且布袋除塵器會增加設備成本。

2.4 低溫低塵技術路線

SCR反應器布置在尾排除塵器之后，需將最后經布袋除塵器排出的70～150℃的煙氣進行加熱到催化劑需要的溫度再進行脫硝。該路線具有對現有設備改造量小、降低含塵量、催化劑運行條件好等優勢，缺點是需要增加換熱設備或加熱設備，增加設備投資和運行成本。

2.5 中溫低塵技術路線

隨著高溫除塵技術的發展，金屬間化合物材料應用于除塵領域，高溫除塵器可靠性提升。高溫金屬除塵器是以金屬間化合物材料作除塵過濾材料的袋式除塵器，具有袋式過濾的全部優點，并且由于金屬間化合物材料的穩定化學結構和開孔率高、孔徑均勻可控、曲折因子小等性能，具有耐高溫、穩定、精度高、阻力低、耐腐蝕性強、處理能力大、鋼材耗量少、占地面積小、環保性能好等優勢。對于煙溫300～400℃的中溫高塵技術路線可以進一步優化為中溫低塵路線，優化催化劑的運行環境，提高催化劑的運行壽命。

3 .水泥窯SCR脫硝技術路線比較

以建德三獅水泥有限公司的5 000 t/d水泥線為例，對其進行中溫低塵路線、中低溫低塵路線和低溫低塵路線比較。建德三獅水泥有限公司的5 000 t/d水泥線，采用新型干法水泥生產線，設計發電裝機容量9 000 KW，年發電時間按8000小時計算，年發電量7 200萬千瓦時。回轉窯出口廢氣量318 000 Nm3/h，廢氣溫度350 ℃（最高400 ℃），蒸汽設計產量≥28 t/h，蒸汽壓力1.0 Mpa（A）。窯頭出口廢氣量240 000 Nm3/h，廢氣溫度350～450 ℃，蒸汽設計產量≥24 t/h，蒸汽壓力1.0 Mpa（A）。

中溫低塵路線、中低溫低塵路線和低溫低塵路線分別采用預熱器C1-高溫金屬除塵器-SCR脫硝塔、余熱鍋爐-布袋除塵器-GGH-SCR脫硝塔和原布袋除塵器-兩級GGH-SCR脫硝塔三種布置方案，其特點如表1所示。

對三種技術路線方案進行經濟性分析如表2所示，分析對比三方案初投資及運行費用，方案一：預熱器C1-高溫金屬除塵器-SCR脫硝塔的方案，初投資1740萬，運行成本655萬; 方案二：余熱鍋爐-布袋除塵器-GGH-SCR脫硝塔的方案，初投資1995萬，運行成本1593萬;方案三：原布袋除塵器-兩級GGH-SCR脫硝塔的方案，初投資1490萬，運行成本2090萬。綜合對比投資及運行成本，采用中溫低塵技術路線方案一更具有優勢。

4 .小結

（1）基于水泥窯工藝和煙氣特點，根據SCR反應器布置方式，傳統水泥窯SCR脫硝技術路線有中溫高塵、中溫中塵、中低溫低塵和低溫低塵路線;隨著金屬間化合物材料應用于除塵領域，中溫高塵技術路線可以進一步優化為中溫低塵路線，優化催化劑的運行環境，提高催化劑的運行壽命。

（2）以建德三獅水泥有限公司的5 000 t/d水泥線為例，綜合對比預熱器C1-高溫金屬除塵器-SCR脫硝塔、余熱鍋爐-布袋除塵器-GGH-SCR脫硝塔和原布袋除塵器-兩級GGH-SCR脫硝塔三種技術方案投資及運行成本，采取預熱器C1-高溫金屬除塵器-SCR脫硝塔布置的中溫低塵路線具有優勢。

參考文獻：

[1]中華人民共和國國家統計局. 年度數據[EB/OL]. http：//data.stats.gov.cn/easyquery.htm？cn=C01.

[2]馬現奇， 高旭東， 范永斌， 等. 國內水泥行業氮氧化物治理及氨排放淺議[J]. 中國水泥， 2019（05）： 78-80.