快速通道

地址(ADD):
杭州市滨江区六和路368号海创基地B1一楼(310053)

服务热线(Service Hotline):
400-8888-870
24小时服务热线:
0571-85999833
商务热线(Business Hotline):
0571-85871612

网址(Website):
www.Ccement.com

服务信箱:huiyuan@ccement.com
投稿信箱:

董事长:邵 俊
C O O :华 牮
总  编:周利群
主 编:曾家明
编 辑:刘群 周程 梁爱光
创 意:金喆安
设 计:孙江涛
市场合作:江勋 陈勇军 陆勇
行情数据中心:沈安登
水泥大数据研究院:郑建辉
版权所有:水泥网·会员期刊
  • 文章内容

贾华平:NOx超低排放之路 应该如何走?

作者:匿名

对于当前的脱硝技术,贾华平指出,目前的脱硝技术还不成熟,包括SCR还都是过渡措施。理想的脱硝措施应该是无氨、无有毒催化剂,而SCR投资巨大、运行成本高、催化硫酸氢铵的生成危害除尘和发电系统等,由此,SCR不是脱硝的终极措施而是水泥窑脱硝的一项过渡技术。

  6月30日,由中国水泥网主办的“第四届中国水泥超洁净排放技术交流大会”圆满落幕。会上,中国水泥网高级顾问贾华平带来《水泥窑秉持两把火优势 NOx超低排放之路应该如何走?》主题报告。

  贾华平表示,今年,已有宁夏、浙江、河北、河南、海南、四川、山西等水泥大省及部分地区再次明确了自己的超低排放指标,有地区对氮氧化物的限值已严到50mg/Nm³以下。而NOx又是水泥行业超低排放的最大难题。

  对于当前的脱硝技术,贾华平指出,目前的脱硝技术还不成熟,包括SCR还都是过渡措施。理想的脱硝措施应该是无氨、无有毒催化剂,而SCR投资巨大、运行成本高、催化硫酸氢铵的生成危害除尘和发电系统等,由此,SCR不是脱硝的终极措施而是水泥窑脱硝的一项过渡技术。

  报告全文:

  随着国家污染防治力度的不断加大, 特别是近年来治理雾霾的压力,以及水泥行业严重的产能过剩,各地方政府对国家的环保政策给予了积极响应,相继出台了自己的特别排放值实施计划,不但严格执行了国家的环保标准,而且因地制宜地制定了几近苛刻的地方标准,陆续形成了超低排放概念。

  2020年06月10日,生态环境部下发了《关于在疫情防控常态化前提下积极服务落实“六保”任务,坚决打赢打好污染防治攻坚战的意见》在国家层面第一次明确了对水泥行业超低排放的要求。“意见”将“打好蓝天保卫战”上升到“打赢蓝天保卫战”,彰显出环保政策的日趋严苛。

  今年,已有宁夏、浙江、河北、河南、海南、四川、山西等水泥大省及部分地区,再次明确了自己的超低排放指标,部分地区的排放指标如下表所示,对氮氧化物的限值,有的已严到50mg/Nm³以下。

  严格的要求,是以可达的技术和可及的投资为支撑的,否则只能是一句空话。就超低排放控制的三个指标“颗粒物、二氧化硫、氮氧化物”来讲,覆盖所有企业的是颗粒物、氮氧化物,二氧化硫只是原燃材料含硫高或参与协同处置的部分企业问题。在粉尘治理上,超低排放已不存在技术难题,只是一个重视程度和环保投资问题;关于SO2的排放,水泥窑本身就是很好的脱硫工艺,总体上也不是难题,只要给予一定的投入,采用相应的脱硫措施,还是能够实现的,无非也是一次性投资和运行成本问题。

  水泥行业超低排放的最大难题是NOx,特别是含尘浓度与温度窗口的平衡问题,这与行业特点有关,仅管在各关联单位的共同努力下,目前已成型了多种脱硝措施,但都依然不尽理想。

  在很大的压力面前,多数人不太冷静,容易产生“宁肯花大钱也要一次到位、一劳永逸” 的“情绪性投资” ,但我只能遗憾的提醒大家:目前的脱硝技术还不成熟,包括SCR还都是过渡措施,做不到一劳永逸!

  SCR不是脱硝的终极措施

  仅管SCR是目前效率最高的脱硝措施,但我们必须清醒的意识到它还存在一系列问题:

  (1)SCR不仅投资巨大,

  (2)SCR不仅运行成本高,

  (3)而且会催化硫酸氢铵的生成,危害除尘和发电系统,

  (4)而且其脱硝催化剂已被国家列入严控的危废,

  (5)而且依然采用喷氨脱硝,氨逃逸的危害在所难免!

  SCR依然不是水泥行业成熟的、理想的脱硝措施,理想的脱硝措施应该是:无氨、无有毒催化剂,SCR依然是水泥窑脱硝的一项过度技术。

  信不信由你:南方某公司5000tpd线的SCR项目,在控制NOx排放80mg/Nm³的情况下,改造前的SNCR喷氨1500L/h左右,改造后SNCR降到了1000L/h左右,但SCR喷氨波动在400-600L/h之间,而且运行不太稳定。“SCR+SNCR”总的喷氨量几乎没有变化。

  北方某公司5000tpd线的SCR项目,在控制NOx排放80mg/Nm³的情况下,改造前的SNCR与改造后SNCR+SCR对比:

  氨水消耗量:由6kg/t熟料降到了4-5 kg/t熟料,

  高温风机电耗:增加了4kwh/t熟料左右,

  余热系统发电量:降低了1 kwh/t熟料左右。

  这还只是早期的运行情况,随着时间推移,脱硝效率会不会进一步降低?系统阻力会不会进一步增大?锅炉清灰会不会越来越难?

  所以说:SCR依然不是水泥行业成熟的、理想的脱硝措施,SCR依然是水泥窑脱硝的一项“过度” 技术,至少可以说:不成熟的SCR,是一项“过度” 技术。如果是“过度” 技术,在满足当前环保要求的情况下,就不该不惜血本的往里砸钱。

  特别是,面对水泥窑秉持的两把火优势,本身就是很好的脱硝工艺,与其他燃煤行业相比,单位耗煤产生的NOx要低得多!如此,杀个小鸡,又何必花钱去买宰牛刀呢!

  20210601河南生态环保厅公示了:河南省135家完成超低排放改造的水泥企业!这些超低排放企业采用SCR脱硝者,—— 少之又少,可谓凤毛麟角!

  听听生态环境部的意见

  那么,水泥行业的脱硝出路到底在哪里?我们眼前的路子应该怎么走?2021年04月30日,生态环境部大气环境司副司长吴险峰给出了一个中肯的指导意见:

  吴险峰强调,要统筹考虑行业的发展水平、对环境质量的影响、技术的可达性、投资的可及性等,明确提出:不支持进一步“超超低”排放要求。超低排放是一项系统工程,需要巨额的资金投入,需要成熟的技术关联,还要考虑除尘、脱硫,特别是与低碳生产的协同问题。(是的,这几方面能不能关联起来综合治理,有可能降低投资和运行成本)

  吴险峰指出,对于水泥行业而言,可以采取低氮燃烧器、加大分解炉还原区、分解炉分煤、分风的分级燃烧等工艺过程控制措施,减少氮氧化物产生,在末端增设高效脱硝装置。(是的,大投资的高效措施应该往后放一放)

  吴险峰忠告,要严格控制氨逃逸,杜绝为降低氮氧化物排放过度喷氨。(是的,不能做狂按葫芦放纵瓢的事情!)电力行业在脱硫、脱硝、除尘的开始时期,走过不少弯路,推倒重来、反复投资的案例不少,水泥行业要汲取这些教训,“不允许把改造工程当成大规模的实验田”。

  那么,有没有一种投资小、管理维护简单、不存在氨逃逸,又不使用有毒催化剂的超低排放措施呢?技术在不断进步,答案是明确的:有!

  昆明理工大学的低温烧成就是一种探索,但技术上还很不成熟;南京工业大学的稀土脱硝剂就是一种尝试,只是运行成本尚高。

  还有:智能化是第四次工业革命的主体,将颠覆、重构现有社会,受到了各国、各级政府、各个行业的高度重视,也是水泥行业不得不走的发展道路。

  那么,这个“万能的智能化” ,哪怕作为过渡技术,能否在NOx超低排放上有所贡献呢?君不见,几百万的SNCR效果,已经被几十万的分级燃烧取代;有可能,动辄投资几千万的“SCR过渡” ,或被只需几百万的“智能化+过度”取而代之!

  谁能使NOX超低排放投资可及?

  对于5000t/d规模的水泥窑,NOx要达到50mg/Nm³以下的超低排放,目前采用SCR的投资在5000万元左右,“智能化+”能不能将同等效果的投资降到几百万元呢?有这种可能嘛?有句广告词叫“心有多大,舞台就有多大!”开国领袖毛泽东说“世上无难事,只要肯登攀!”

  作为服务水泥行业多年的老朋友,西南某大型国有自动化股份有限公司,就急水泥行业之所急,大胆的做了这方面的尝试,结果不负众望! 他们联合中科院川仪院士工作站,通过对水泥窑系统深入研究分析后,采用智能化+SNCR,成功开发出水泥窑智能精准喷氨脱硝技术,让我们看到了希望。

  目前,水泥窑的SNCR空间上设在分解炉(和或C5出口),然而分解炉的温度场不是均匀分布的、而且不是固定不变的。喷氨脱硝有一个温度窗口,在窗口以外的喷氨不但是无效的,而且会造成氨逃逸、形成氨污染,这就是造成SNCR脱硝效率不高、氨逃逸较大的根本原因。因此,智能控制精准喷氨,就成为提高SNCR效率的有效措施。

  其原理主要是:采用分层级安装可独立控制的喷枪组,利用智能实时优化控制系统对NOx的分布进行预测,对生产工况的变化实时跟随,根据工况及时调整并分别控制氨水的喷射位置及喷射量,从而达到提高脱硝效率、减少氨水用量、降低氨逃逸的目的。

  水泥窑智能精准喷氨脱硝系统,就是在合适的温度窗口,针对性在最佳的位置、以最佳的喷量精准的喷入还原剂,在高效脱除NOx的同时也降低了还原剂消耗、减少了氨逃逸。

  该公司以川仪院士工作站为依托,根据水泥窑分解炉、预热器的工况特性,在水泥行业专家的协助下,建立了1:1热态模型,利用仿真技术对分解炉及预热器内部的压力场、温度场、料流场,以及O2、CO、CO2、NOx等的分布,通过云计算进行了详细分析,建立了热态追踪云图。

  由此,可以根据云图分析数据,赋予各喷枪 针对性、精准性在适合的位置以适合的量喷入还原剂(氨水、尿素溶液);以热态模型参数为基础开发的智能控制系统,能随着炉窑工况的波动,及时预判、迅速响应,最终使NOx排放稳定控制在了100mg/Nm³以下,且在NOx同等排放值的前提下节约了30%以上的还原剂耗量。

  川仪院士工作站的分解炉、预热器NOx热态追踪模拟如下图所示:

  经得起检验的智能化+

  该公司的智能精准喷氨脱硝系统,采用模块化集成设计、制作、安装,其结构主要包含高扬程输送模块、计量分配模块、喷射模块、智能化控制模块。

  一个月前,已在6条水泥窑上成功使用,根据当地的环保要求,目前都能稳定运行在100mg/Nm³以下;经现场短期验证,如果需要,只要稍加氨水喷入量都能稳定运行在50mg/Nm³以下、氨逃逸达标。

  实践证明,作为过渡技术,该系统不仅价廉物美、运行可靠,而且管理维护简单、能稳定实现超低排放。目前的在用情况详见下表:

  正在他们欢欣鼓舞之际,却又出现了一个难题:广德洪山某公司标称4500t/d的水泥窑,实际产能却达到了7200t/d,而且低于7000t/d运行f CaO就难以控制。改造前原有SNCR排放控制NOx<100mg/Nm³时,氨水消耗为1300L/h,且排放指标不稳定,经常超标;采用该公司智能化+SNCR改造后,可稳定实现NOx<80mg/Nm³运行,而且氨水消耗量也降到720L/h,但无论如何就是降不到NOx<50mg/Nm³以下。

  其中控操作画面截图如下:

  虽然该生产线已经达到了当地的环保要求,但却未能实现该公司的内控目标:智能精准喷氨“对所有水泥窑都能实现NOx<50mg/Nm³的稳定运行”。

  为什么这条窑只能超高产运行?为什么CO出奇的高且工况正常?为什么降低产量反而导致f CaO难以控制?

  我们知道,CO浓度高了会降低SNCR的反应效率。因为SNCR的脱硝氧化 需要消耗OH—,而CO的氧化 同样需要OH—,也就是说:CO的存在会与SNCR脱硝 争夺反应资源。一般来说CO浓度越高,SNCR效率越低。

  该公司拿出自己的浑身解数,邀请调集了川仪院士工作站和水泥行业的工艺专家,对这条窑的特殊情况进行了详细分析,找出了其工艺设计的特殊性、分析了这种“特殊”对燃烧工况的影响,然后又针对这条特殊的水泥窑再次进行了仿真模拟、调整了智控逻辑。

  最终实现了NOx<50mg/Nm³稳定运行的内控目标。调整后的中控操作画面截图如下:

  至此,采用该公司智能精准喷氨技术改造的所有7条水泥窑生产线,全部实现NOx<50mg/Nm³稳定运行的内控目标!为水泥行业趟出了一条——“白菜价”超低排放的脱硝路线!

  再谈氨逃逸

  大家是否记得,前几年有好事者专门拍了一个视频并发到了网上:对汽车尾气进行了现场检测,其PM2.5确实不超标,企图说明雾霾与小汽车无关。但“不超标” 不等于“无关”!小汽车等燃烧产生的烟气含有SO2和NOx,这些排放的SO2、NOx气体确实不是颗粒物,但他们到大气中会与碱金属粉尘合成颗粒物PM2.5,你还能说他们与雾霾无关吗?

  这与我们的氨逃逸有什么关系呢?

  要知道NH3本身就具有碱金属特性,能和SO2反应生成(NH4)2SO4微晶,粒径约0.5-5微米,正好是产生丁铎尔效应(胶体颗粒对光的散射)的PM2.5粒径,视觉上形成雾霾。 更严重的是:氨对硫酸盐合成有很好的催化作用,这就是环保局反复强调“氨逃逸”的原因!

  我国的治霾专家陶光远讲到:搞超低排放是好心办了一件坏事。超低排放有一个指标定错了,把氮氧化物从100mg/m³降到50mg/m³。降到50mg/m³带来了一个特别严重的问题:我们看SNCR、SCR脱硝,氮氧化物要想降低,对不起,拼命地把氨水往里喷,喷了氨水就造成了大量氨逃逸,氨逃逸跑出去就与SO2合成硫酸铵、和或催化硫酸盐的生成,形成大量的PM2.5。

  目前,国家控制的氨逃逸限量为8mg/m³,一些地方超低排放又要求<5mg/m³,不知其依据是什么?现有的SNCR、SCR能不能达到?水泥行业现在达到了什么程度,恐怕目前还很难说得清楚?

  这有三个难题:

  现有的氨逃逸检测仪器还不理想,检测数据的再现率较低,如何前后左右比较?

  检测范围如何确定和监督,除了排放废气的烟囱以外,中间环节的无组织逃逸算不算?

  向废气中喷水能立即降低氨逃逸,如何控制企业在检测时喷水的影响?

  物质是守恒的,氨逃逸与喷氨量应该遵循如下关系:

  氨逃逸 = a喷氨量 + b排放NOX - c生成NOX + d

  有专家测算:按照上式测算的逃逸量大约是烟囱检测值的2.5倍!那么,能不能按照烟囱检测+上式推算呢?遗憾的是,由于各条线的工艺及原燃材料不同,而且工况还在不断变化,上式中的 a、b、c、d 四个系数一时还无法通过统计取得。

  上式也不是没有一点价值,至少按逻辑推理可以得出如下结论:

  (1)在同等排放控制的情况下,喷氨量的减少必然导致氨逃逸的降低!

  (2)氨逃逸的降低幅度肯定大于喷氨量的减少幅度。

  在无法准确测取的情况下,这个结论对于比较改造项目对氨逃逸的影响,还是很有说服力的。

水泥网版权与免责声明:

凡本网注明"来源:水泥网期刊magazine.ccement.com"的所有文字、图片和音视频稿件,版权均为"水泥网 www.Ccement.com"独家所有,任何媒体、网站或个人在转载使用时必须注明来源"水泥网www.Ccement.com"。违反者本网将依法追究责任。

本网转载并注明其他来源的稿件,是本着为读者传递更多信息之目的,并不意味着赞同其观点或证实其内容的真实性。 其他媒体、网站或个人从本网转载使用时,必须保留本网注明的稿件来源,禁止擅自篡改稿件来源,并自负版权等法律责任。违反者本网也将依法追究责任。

如本网转载稿涉及版权等问题,请作者一周内来电或来函联系。