耐火材料隧道窯煙氣脫硝超低排放改造案例分析

文_陳晶 鄧云波 張杰 張藝 北京中航天業(yè)科技有限公司

1 變溫?zé)崃炕厥帐綗煔饷撓跫夹g(shù)

工業(yè)爐窯排煙溫度低，煙氣中的氮氧化物含量高，傳統(tǒng)的脫硝工藝難以找到適合的反應(yīng)溫度窗口。為了實現(xiàn)最佳的脫硝效果，需要對煙氣進行升溫。本技術(shù)采用一種變溫?zé)崃炕厥帐綗煔饷撓豕に嚕c傳統(tǒng)的煙氣脫硝工藝相比較，該技術(shù)是通過熱量補償和尾部煙氣熱量回收兩種途徑，使得自進氣管道引入的不同溫度的煙氣溫度提升穩(wěn)定在目標(biāo)催化劑的最佳使用溫度，從而得到高效穩(wěn)定的脫硝效果。變溫?zé)崃炕厥帐綗煔饷撓跫夹g(shù)適用于各種排煙溫度較低的工業(yè)爐窯煙氣脫硝，可以滿足各種排煙溫度。通過溫度補償、熱量回收手段，降低了排煙溫度、回收煙氣中的余熱、減少了煙氣升溫能耗、提高了脫硝效率。

2 工程概況及改造技術(shù)方案

2.1 工程概況及項目設(shè)計條件

遼寧海城市某耐火材料公司現(xiàn)有2條100m隧道窯，單條窯排煙溫度200～250℃，煙氣量35000m3/h，現(xiàn)出口NOx排放濃度500mg/m3，SO2排放濃度30mg/m3，粉塵排放濃度10mg/m3。為達到超低排放要求，擬在隧道窯廠房外增設(shè)1臺煙氣脫硝裝置，采用2條窯共建一套的處理方式，采用變溫?zé)崃炕厥帐綗煔饷撓跫夹g(shù)。

2.2 脫硝技術(shù)對比

海城市菱鎂礦占中國儲量的61.8%，世界儲量的18%，依托豐富的菱鎂礦資源優(yōu)勢，當(dāng)?shù)卮罅Πl(fā)展鎂制品深加工工業(yè)，其中鎂砂窯、鎂磚窯是制造優(yōu)質(zhì)耐火材料的重要設(shè)備。以鎂砂窯為例，排放的污染物主要為粉塵、SO2和NOx。其中粉塵的排放濃度200～400mg/m3，多采用多管除塵、布袋除塵工藝。SO2排放濃度100～500mg/m3，NOx排放濃度多數(shù)小于150mg/m3，但在后英高純窯氮氧化物排放濃度多數(shù)達到3223mg/m3。

隧道窯是一種連續(xù)性工作爐窯，窯車載著物料沿軌道從窯頭向窯尾運行完成物料焙燒過程，分為預(yù)熱帶、燒成帶和冷卻帶三個部分，其中燒成帶燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔鈺械趸锂a(chǎn)生。在2017年前企業(yè)開展脫硫和脫硝治理較少，但隨著環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)更加嚴(yán)格，相關(guān)污染物的治理勢在必行。

目前常見的煙氣脫硝工藝主要分為還原法和氧化法。氧化法脫硝使用臭氧、次氯酸鈉、雙氧水作為脫硝劑，運行費用高，且產(chǎn)生的副產(chǎn)物造成的二次污染難以處理，使用較少。還原法主要為選擇性非催化還原SNCR和選擇性催化還原SCR工藝，SNCR工藝簡單、投資較低但脫硝效率60%左右，超低排放指標(biāo)難以滿足。SCR工藝成熟，效率大于90%，應(yīng)用廣泛，但受催化劑溫度窗的影響，在工業(yè)爐窯上應(yīng)用較少。

本次改造主要解決反應(yīng)溫度的問題，通過熱量補償?shù)姆绞?，將進入脫硝反應(yīng)器的溫度升至280℃以上。同時回收尾部煙氣熱量，節(jié)約升溫能耗，實現(xiàn)高效脫硝。

2.3 工藝方案介紹

隧道窯煙氣脫硝工藝流程見圖1。隧道窯排煙溫度200℃，經(jīng)換熱器換熱升溫至300℃，在混風(fēng)室熱風(fēng)爐燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔馀c換熱后300℃的煙氣混合，煙溫提升到320℃，滿足脫硝反發(fā)生的條件。脫硝后的煙氣溫度因熱損失，溫度降到310℃左右，經(jīng)換熱器降至180℃后排入大氣。整個工藝?yán)脫Q熱升溫，比直接升溫節(jié)約燃料83%。隧道窯煙氣脫硝設(shè)計參數(shù)見表1。

表1 隧道窯煙氣脫硝設(shè)計參數(shù)

2.4 運行效果分析

項目建成后，系統(tǒng)試運行時間為2018年11月10～17日，共計168h。如圖2所示，在試運行期間，入口NOx濃度400～450mg/Nm3，出口NOx日平均濃度35～50mg/Nm3，脫硝效率穩(wěn)定，系統(tǒng)運行狀況正常，能夠滿足氮氧化物超低排放的標(biāo)準(zhǔn)。

對系統(tǒng)氮氧化物減排量和燃料耗量進行統(tǒng)計，統(tǒng)計結(jié)果如圖3所示。試運行時間為168h，NOx小時平均減排量14.7kg/h，天然氣耗量平均41.75Nm3/h。

3 節(jié)能減排效果

3.1 節(jié)能效益

根據(jù)本項目實際運行數(shù)據(jù)，采用一種變溫?zé)崃炕厥帐綗煔饷撓豕に嚕糜跓煔馍郎氐奶烊粴夂牧繛?3.8Nm3/h，采用直接升溫法天然氣耗量為262.5Nm3/h。按照當(dāng)?shù)靥烊粴?元/Nm3計算，系統(tǒng)運行30d節(jié)省的天然氣費用約為47.2萬元，一個月即可收回高效換熱器的投資。

3.2 減排效益

本項目設(shè)計煙氣量70000m3/h，折算標(biāo)準(zhǔn)工況39216Nm3/h，入口NOx濃度500mg/m3，出口NOx濃度＜50mg/m3，脫硝效率90%，NOx減排量約為14.7kg/h。該系統(tǒng)回收煙氣余熱，減少了天然氣的耗量，也相應(yīng)地減少了廢氣的排放量。同時采用的SCR脫硝工藝，脫硝產(chǎn)物為氮氣和水，對環(huán)境沒有二次污染，不產(chǎn)生新的固廢和水體污染，工藝簡單、環(huán)境友好，達到了很好的節(jié)能減排效果。

4 結(jié)語

工程實踐表明采用一種變溫?zé)崃炕厥帐綗煔饷撓豕に噷λ淼栏G排放的高污染濃度的低溫?zé)煔膺M行處理，可以有效的回收排放煙氣的熱量，熱風(fēng)爐升溫20℃，比直接升溫法節(jié)約燃料能耗83%，有效地降低了脫硝的運行費用。采用SCR工藝，在適宜的溫度窗口和催化劑的作用下，脫硝效率達到90%，凈化了煙氣、減少NOx的排放，對于緩解企業(yè)壓力、改善空氣質(zhì)量，具有重要的現(xiàn)實意義。