SCR脱硝系统工艺方案设计及影响分析_张冬冬.pdf

节能减排CEMENT TECHNOLOGY 2023/2摘要：分析了水泥窑烟气特性和SCR脱硝系统运行后对水泥窑及余热发电系统的影响，针对实施SCR脱硝的难点，确定采用“高温高尘”SCR脱硝工艺技术路线,以实现窑尾氮氧化物的超低排放。采用“高温高尘”SCR脱硝系统工艺方案，氮氧化物排放浓度可从300mg/Nm3降低至45mg/Nm3，达到超低排放要求，氨逃逸浓度5mg/Nm3，吨熟料生产成本预计增加4.25元，余热发电系统总发电量预计减少0.67%。关键词：SCR脱硝系统；氨逃逸；NOX超低排放中图分类号：TQ172.688.9 文献标识码:B 文章编号：1001-6171（2023）02-0032-05DOI：10.19698/ki.1001-6171.20232032通讯地址：南京凯盛开能环保能源有限公司，江苏 南京 210036；收稿日期：2022-07-01；编辑：张志红SCRSCRSCRSCRSCRSCRSCRSCRSCRSCRSCRSCRSCRSCRSCRSCRSCRSCRSCRSCRSCRSCRSCRSCRSCRSCRSCRSCRSCRSCRSCRSCRSCR 脱硝系统工艺方案脱硝系统工艺方案脱硝系统工艺方案脱硝系统工艺方案脱硝系统工艺方案脱硝系统工艺方案脱硝系统工艺方案脱硝系统工艺方案脱硝系统工艺方案脱硝系统工艺方案脱硝系统工艺方案脱硝系统工艺方案脱硝系统工艺方案脱硝系统工艺方案脱硝系统工艺方案脱硝系统工艺方案脱硝系统工艺方案脱硝系统工艺方案脱硝系统工艺方案脱硝系统工艺方案脱硝系统工艺方案脱硝系统工艺方案脱硝系统工艺方案脱硝系统工艺方案脱硝系统工艺方案脱硝系统工艺方案脱硝系统工艺方案脱硝系统工艺方案脱硝系统工艺方案脱硝系统工艺方案脱硝系统工艺方案脱硝系统工艺方案脱硝系统工艺方案设计及影响分析设计及影响分析设计及影响分析设计及影响分析设计及影响分析设计及影响分析设计及影响分析设计及影响分析设计及影响分析设计及影响分析设计及影响分析设计及影响分析设计及影响分析设计及影响分析设计及影响分析设计及影响分析设计及影响分析设计及影响分析设计及影响分析设计及影响分析设计及影响分析设计及影响分析设计及影响分析设计及影响分析设计及影响分析设计及影响分析设计及影响分析设计及影响分析设计及影响分析设计及影响分析设计及影响分析设计及影响分析设计及影响分析张冬冬张冬冬张冬冬张冬冬张冬冬张冬冬张冬冬张冬冬张冬冬张冬冬张冬冬张冬冬张冬冬张冬冬张冬冬张冬冬张冬冬张冬冬张冬冬张冬冬张冬冬张冬冬张冬冬张冬冬张冬冬张冬冬张冬冬张冬冬张冬冬张冬冬张冬冬张冬冬张冬冬，王朝雄王朝雄王朝雄王朝雄王朝雄王朝雄王朝雄王朝雄王朝雄王朝雄王朝雄王朝雄王朝雄王朝雄王朝雄王朝雄王朝雄王朝雄王朝雄王朝雄王朝雄王朝雄王朝雄王朝雄王朝雄王朝雄王朝雄王朝雄王朝雄王朝雄王朝雄王朝雄王朝雄Process Design and Influence Analysis of SCR Denitration SystemZHANG Dongdong,WANG Chaoxiong(Nanjing Kesen Kainen Environment&Energy Co.,Ltd.,Nanjing Jiangsu 210036,China)Abstract:The flue gas characteristics of cement kiln and the influence of SCR denitration system oncement kiln and waste heat power generation system were analyzed.In view of the difficulties in implementing SCR denitration,the technical route of high temperature and high dust SCR denitration process was determined to achieve ultra-low emission of nitrogen oxides at the kiln tail.Using high temperature and high dust SCR denitration system process scheme,nitrogen oxide emission concentration can be reduced from 300mg/Nm3to 45mg/Nm3,to meet the requirements of ultra-low emission,ammonia escape concentration 5s。脱硝所需氨水利用水泥生产线SNCR系统现有设施储存，仅需新增2台氨水输送泵，用于将氨水输送至预热器顶部，另配4套氨水喷枪。氨水输送泵一用一备，流量为801 600L/h，输送扬程150m，输送功率2.2kW。氨水喷枪为不锈钢材质的双流体喷枪，流量与氨水输送泵相适应。图1“高温高尘”SCR脱硝系统工艺布置示意C1出口余热锅炉SCR反应器预热器电动挡板门表1系统方案设计基础参数及污染物排放控制指标项目烟风量，Nm3/h烟气温度，烟气压力，PaNOx初始浓度（10%O2），mg/Nm3SO2浓度（10%O2），mg/Nm3粉尘浓度（10%O2），mg/Nm3NOx排放指标（10%O2），mg/Nm3氨逃逸（10%O2），mg/Nm3数值340 000（100%5%）300-6 5003001508010045534节能减排2023年第2期3.4清灰系统在脱硝反应器每层催化剂上端设置4台往复式耙式吹灰器，吹灰介质为压缩空气；首层催化剂迎风端两侧壁分别设置2台声波吹灰器，吹灰压力要求0.6MPa。清灰系统配备 3 台空气压缩机和1台压缩空气储罐。空气压缩机两用一备，额定排气量27m3/min，排气压力1.0MPa；空气储罐容积为10m3，保证耙式及声波吹灰器的气源及压力稳定。为减少常温压缩空气对烟气温度的影响，保证催化剂的反应活性及使用寿命，在窑尾余热锅炉底部设置压缩空气加热管段，利用烟气将管内压缩空气加热至180左右。清灰系统另配备一台压缩空气电加热装置，作为SCR脱硝系统启动阶段的备用加热设备，压缩空气电加热器额定功率为150kW。3.5控制系统本工艺方案中，SCR脱硝系统采用PLC控制系统，以实现脱硝系统内所有设备的自动控制、监测、报警、连锁保护和数据记录等，保证脱硝系统的正常稳定运行。PLC控制系统重点监测压缩空气的压力、脱硝反应器出入口的压力、每层催化剂的压力等，当实际运行数值超过设定值时，控制系统会发出报警信号。此外，控制系统可根据脱硝反应器入口和出口的NOX实际运行数据，对SCR脱硝系统运行指标进行动态调整。4采用SCR脱硝工艺方案对水泥生产的影响分析4.1对窑尾氨逃逸的影响分析窑尾氨逃逸是当前困扰水泥企业的一大难题，氨逃逸指标与脱硝系统氨水利用率紧密相关，可作为脱硝系统先进性和运行经济性的判定指标。脱硝系统氨水消耗费用占总脱硝成本的比重较大，若喷氨控制不当，过量会造成脱硝系统运行成本大幅上升，且未反应的氨还会腐蚀下游金属管道和系统设备，对环境造成二次污染。某环保企业调研结果显示，多家水泥企业应用SNCR后，NOx排放浓度从 500mg/Nm3降至 100200mg/Nm3，氨水利用率130mg/Nm36。本生产线的氮氧化物原始浓度约800mg/Nm3，进行分级燃烧改造后，排放浓度可降至 500600mg/Nm3，实施SNCR工艺后可降至300mg/Nm3，NSR（氨氮比）常规在1.3左右，SNCR系统的氨水消耗量约 6.41kg/t.cl，预热器出口的氨逃逸浓度80mg/Nm3。引入SCR脱硝工艺后，氮氧化物排放浓度可从300mg/Nm3进一步降至45mg/Nm3，系统充分利用SNCR工艺未反应的氨，氨水额外消耗量为2.98kg/t.cl，此时，窑尾氨逃逸量可控制在5mg/Nm3以下，完全满足水泥工业排放标准的控制要求。4.2对高温风机的影响分析本高温高尘SCR脱硝系统催化剂采用“4+1”层布置方案（四用一备），单层脱硝催化剂的设计阻力在100Pa，脱硝反应器的设计总压降约400Pa；系统工况烟气量755 790m3/h，脱硝反应器的进出口烟风管道总长度约100m，烟风管道及反应器进出口电动闸板阀阀门等附加阻力约360Pa，脱硝反应器及烟风管道等的总阻力合计约760Pa。水泥生产线窑尾高温风机全压为7 200Pa，风量为 853 000m3/h，额定功率为 2 500kW。未配备SCR脱硝装置时，窑尾余热锅炉压降为500Pa，窑尾高温风机正常运行情况下的入口负压在6 000Pa左右，出口负压在 300Pa 左右，烟气温度在 195左右。若采用SCR脱硝系统，则脱硝装置及烟风管道的附加阻力全部由高温风机负担，高温风机入口负压预计可达6 760Pa。对高温风机进行提速改造，并增设变频电机，以适应回转窑工况的变化。同时，系统总阻力增加后，假定系统烟风量与改造前一致，预计风机电耗约增加220kW。4.3对余热发电系统的影响分析本生产线窑头总烟气量210 000Nm3/h，烟气温度 360；窑尾总烟气量 360 000Nm3/h，烟气温度300；余热发电采用双压系统，分别配备1套AQC余热锅炉和1套SP余热锅炉，采用1套9MW双压低品位热能汽轮机组，实际发电功率 7 143kW。经热力计算可知，当窑尾预热器出口烟气温度降低 1时，余热发电系统的总发电量下降约0.57%。虽然本SCR脱硝系统脱硝反应器本体和35节能减排CEMENT TECHNOLOGY 2023/2进出口烟风管道安装了保温层，保温层外表面温度控制在50，但阀门管壁及脱硝装置表面散热导致烟气仍存在一定程度的温降，且清灰系统中的压缩空气进入反应器后，也会降低反应器内的烟气温度。理论计算后可知，采用本生产线SCR脱硝系统后，将会使窑尾余热锅炉入口的烟气温度下降约8.56，余热发电系统的总发电量降低约4.88%。值得注意的是，有的水泥生产企业应用SVR脱硝系统后，将压缩空气加热管段设置在脱硝反应器底部（即余热锅炉入口前），压缩空气与反应器出口的烟气发生换热，相当于将3 000Nm3/h（占总烟气量的0.83%）的常温空气送入烟气中，使得余热锅炉入口烟气温度额外下降1.18左右，余热发电系统总发电量将额外减少0.67%。4.4对生产成本的影响分析SCR脱硝系统主要运行成本来自于氨水消耗、风机等设备运行电耗及催化剂定期更换费用等，脱硝系统运行费用详见表2。本SCR脱硝系统运行后，可将氮氧化物的排放浓度从300mg/Nm3降至45mg/Nm3，氨逃逸浓度5mg/Nm3。从表2数据预计，吨熟料生产成本将增加4.25元（运行成本未计入清灰装置及输灰装置等小功率电机能耗成本）。5结语生态环境部在2020年修订的 重污染天气重点行业应急减排措施制定技术指南 指出，将从国家层面对水泥熟料企业进行绩效分级，达到A级的企业在冬季重污染时无需采取限产或停产等减排措施，氮氧化物排放浓度为绩效分级管理的重要指标之一。水泥窑引进窑尾SCR脱硝系统，不仅有利于提高企业的社会效益和经济效益，也践行了节能环保的理念。目前，水泥行业SCR脱硝技术路线种类繁多，在现有催化剂研发取得较大技术突破之前，“高温高尘”工艺仍是水泥行业较为适宜的脱硝技术路线之一。若采用“高温高尘”SCR脱硝系统技术方案，氮氧化物排放浓度可从300mg/Nm3降至50mg/Nm3以下，氨逃逸浓度控制在5mg/Nm3以下，且对水泥窑及余热发电系统生产无明显影响。参考文献：1 2021 年全国水泥产量 23.63 亿 t 同比下降 1.2%J.水泥工程，2022，（1）：64.2 张涛，邓立锋，陈嘉俊，等.SCR脱硝技术在水泥窑烟气治理中的应用进展J.环保科技，2021，27（6）：61-64.3 周海成，高志芳，龙红明，等.烧结烟气中NOx治理技术