超高溫除塵技術(shù)在水泥行業(yè)應(yīng)用的探討

盛顯宗 胡海波 王濤

青州中聯(lián)水泥有限公司 山東濰坊 262500

1 水泥行業(yè)高溫?zé)煔庵卫憩F(xiàn)狀

水泥生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生大量高溫?zé)煔猓?00～450℃），其中主要污染物為粉塵、NOX、SO2等。對(duì)煙氣中的粉塵，一般采用降溫后進(jìn)入袋除塵器的方式進(jìn)行減排。在沒有余熱利用設(shè)備的系統(tǒng)中，不僅浪費(fèi)大量的余熱資源，降溫系統(tǒng)還需額外消耗大量能源[1]。在有余熱利用設(shè)備的系統(tǒng)中，當(dāng)余熱利用系統(tǒng)檢修或出現(xiàn)“跑黃料”、高溫風(fēng)機(jī)調(diào)停等情況時(shí)，為了避免袋除塵器“燒袋”，一般會(huì)增加噴水降溫設(shè)備或空氣冷卻器等應(yīng)急降溫裝置。應(yīng)急降溫系統(tǒng)不僅提高了投資成本，占用了土地，而且增加了整個(gè)工藝系統(tǒng)的復(fù)雜度及運(yùn)維成本。更需要注意的是，降溫設(shè)備絕大部分時(shí)間處于閑置狀態(tài)，造成了資源的浪費(fèi)。

煙氣中的氮氧化物（NOX）減排分為以低氮燃燒、分級(jí)燃燒技術(shù)為主的燃燒過程減排和以SNCR脫硝技術(shù)為主的燃燒后減排。低氮燃燒脫硝和分級(jí)燃燒脫硝效率一般＜30%，因此，在排放標(biāo)準(zhǔn)不斷提高的條件下，燃燒后的脫硝必不可少。目前，國內(nèi)水泥廠燃燒后的脫硝基本采用SNCR技術(shù)。當(dāng)脫硝效率控制在50%～70%時(shí)，氨氮比高達(dá)1.4-1.7，70%的脫硝效率無法滿足更高標(biāo)準(zhǔn)的排放要求，且過量噴氨會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)成本增加和環(huán)境的二次污染。

針對(duì)水泥行業(yè)NOX的超低排放指標(biāo)（NOX≤100mg/m（標(biāo)）），只有使用脫硝效率更高的3 SCR技術(shù)可以滿足要求。SCR已經(jīng)在火電行業(yè)超低排放中取得成功，但同時(shí)也存在一些問題，如粉塵導(dǎo)致催化劑中毒、堵塞、磨損等。在水泥行業(yè)，窯尾粉塵濃度高，且具有一定粘性，SCR催化劑工作環(huán)境比火電行業(yè)惡劣很多，使得SCR技術(shù)在水泥行業(yè)的應(yīng)用受到限制[2]。從歐洲水泥工業(yè)應(yīng)用SCR技術(shù)的經(jīng)驗(yàn)來看，高粉塵濃度會(huì)使催化劑中毒，不僅使脫硝效率降低，也大幅縮短了催化劑使用壽命，NOX排放只能控制在200mg/m（標(biāo)）以下，催化劑仍需頻繁3更換，中毒的催化劑仍需修復(fù)[3]。因此，在SCR脫硝之前，進(jìn)行高溫除塵，顯得尤為重要。

2 高溫除塵技術(shù)

水泥行業(yè)應(yīng)用的高溫除塵技術(shù)主要有旋風(fēng)除塵器技術(shù)和靜電除塵器技術(shù)。旋風(fēng)除塵器除塵效率低，只能用于預(yù)除塵。靜電除塵器運(yùn)行成本和維護(hù)要求高，且其除塵效率受粉塵比電阻、高壓電源及控制系統(tǒng)等多種因素的影響很大，在高溫、高濃度粉塵的情況下，靜電除塵器常常無法高效、穩(wěn)定地運(yùn)行。目前，國內(nèi)外的陶瓷纖維和金屬纖維濾料在800℃以下具有良好的強(qiáng)度、耐腐蝕性和高過濾精度，可滿足高溫粉塵的超低排放要求，且已成功應(yīng)用于工程項(xiàng)目中。采用陶瓷纖維和金屬纖維濾料作為過濾介質(zhì)的袋式除塵器是高溫除塵系統(tǒng)的最佳選擇。

3 高溫除塵技術(shù)在窯頭改造的應(yīng)用探討

針對(duì)常規(guī)的窯頭工藝系統(tǒng)，我們提出了一種窯頭電除塵器改造技術(shù)和設(shè)備方案。該方案在保證系統(tǒng)可靠穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，簡(jiǎn)化了工藝流程，減少了設(shè)備及占地面積，降低了系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用，提升了總體經(jīng)濟(jì)效益。窯頭高溫電改袋有不改變?cè)に囅到y(tǒng)而直接將原電除塵殼體改為高溫袋除塵器（即直接電改袋工藝）和電改袋后將余熱鍋爐后置兩種改造方式。

直接電改袋方案與普通電改袋方案在本體改造方面類似，但不需增加其他工藝設(shè)備，施工、安裝更為簡(jiǎn)單，整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的可靠性更高，投資和綜合運(yùn)行成本更低。

高溫改造后將余熱鍋爐后置，窯頭高溫含塵煙氣直接進(jìn)入改造后的高溫除塵器除塵，潔凈高溫氣體再進(jìn)入余熱發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行余熱利用，最后通過煙囪排出。當(dāng)余熱發(fā)電系統(tǒng)離線時(shí)，高溫除塵器出口的潔凈高溫氣體可直接由高溫風(fēng)機(jī)引入煙囪排出。

鍋爐后置改造方案具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）高溫?zé)煔庀冗M(jìn)入高溫除塵器除塵，再進(jìn)余熱發(fā)電系統(tǒng)，可消除粉塵對(duì)余熱發(fā)電系統(tǒng)的磨損、堵塞，降低余熱發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)成本；同時(shí)可消除鍋爐內(nèi)部積灰，提高鍋爐熱效率和廢氣余熱的利用，提高系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益。

（2）窯頭高溫氣體直接入除塵器，再進(jìn)入余熱發(fā)電系統(tǒng)，省去了旋風(fēng)除塵器或干擾式分離器，減小了系統(tǒng)阻力。

（3）除塵后的高溫氣體用于煤磨，可省去煤磨熱風(fēng)用除塵器，可提高煤粉燃燒效率，減少能源消耗。

（4）簡(jiǎn)化工藝系統(tǒng)后，設(shè)備節(jié)點(diǎn)減少，減少了系統(tǒng)漏風(fēng)點(diǎn)，簡(jiǎn)化了工藝操作，提高了可靠性，此外，還節(jié)約了廠區(qū)空間。

4 高溫除塵技術(shù)在窯尾改造的應(yīng)用探討

針對(duì)窯尾SCR脫硝，我們提出了一種在余熱鍋爐之前，增加高溫除塵器和SCR反應(yīng)器，先高溫除塵，再SCR脫硝的改造方案。本方案優(yōu)點(diǎn)：使水泥行業(yè)可以采用SCR脫硝技術(shù)或SNCR+SCR脫硝技術(shù)，實(shí)現(xiàn)脫硝效率90%以上，滿足NOx的超低排放要求。經(jīng)除塵后的高溫?zé)煔馔ㄟ^SCR催化劑，催化劑基本上不受粉塵影響，可提高脫硝效率，減少催化劑用量，大幅提高催化劑使用壽命。高溫?zé)煔饨?jīng)除塵脫硝后，進(jìn)入后級(jí)余熱鍋爐，可大幅減少余熱鍋爐磨損、管壁積灰，減少設(shè)備維護(hù)工作和維護(hù)資金；可提高換熱效率，保證設(shè)備長期高效運(yùn)轉(zhuǎn)。

5 結(jié)語

水泥生產(chǎn)過程中受高溫、高濃度粉塵影響，窯頭面臨袋除塵器“燒袋”風(fēng)險(xiǎn)和余熱鍋爐磨損的問題，窯尾面臨SCR技術(shù)應(yīng)用受限的問題，采用陶瓷和金屬纖維濾料的高溫袋除塵技術(shù)，可高效、穩(wěn)定地解決以上問題，帶來很大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。