水泥行業(yè)脫硝面臨新標準挑戰(zhàn) 低溫SCR催化劑或成關(guān)鍵

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2016年1月1日是北京市《水泥工業(yè)大氣污染物排放標準》第二階段的實施日期。從這個時間節(jié)點開始，北京市的水泥制造企業(yè)將依照“水泥窯及窯尾余熱利用系統(tǒng)氮氧化物排放不得超過200mg/m3“的新標準進行運行。相比此前的320mg/m3的老標準，意味者北京市的水泥制造企業(yè)將進一步針對氮氧化物排放做出減排約40%的努力。而對水泥制造企業(yè)來說，則意味者脫硝工藝路線的全新升級，由SNCR(選擇性非催化還原)全面轉(zhuǎn)向SCR(選擇性催化還原技術(shù))

原有SNCR脫硝技術(shù)難以滿足水泥行業(yè)新排放標準

記者在與國家環(huán)境保護燃煤大氣污染控制工程技術(shù)中心高翔主任的采訪中了解到，作為世界水泥的主要生產(chǎn)國，中國在2014年的水泥產(chǎn)量接近25億噸，占世界產(chǎn)量的一半以上。在水泥生產(chǎn)過程中每年排放氮氧化物約200萬噸，約占全國氮氧化物工業(yè)排放量的15%左右，是繼電力、汽車尾氣之后的第三大氮氧化物排放源。同時，“十二五”期間，氮氧化物的排放首次被列入約束性指標體系。隨著國家對于大氣污染治理的力度進一步加大，對于水泥行業(yè)的排放標準也面臨著進一步收緊。而北京作為全國空氣污染治理的重點城市，已在這方面先行一步，將在2016年1月1日起執(zhí)行水泥制造企業(yè)氮氧化物排放不得高于200mg/m3的新標準。

現(xiàn)有水泥企業(yè)脫硝基本采用SNCR(選擇性非催化還原)技術(shù)，即將質(zhì)量濃度25%～30%的氨水，通過霧化噴射系統(tǒng)直接噴入窯爐合適溫度區(qū)域-旋風分離器(760~950℃)，霧化后的氨與氮氧化物(NO、NO2等混合物)進行選擇性非催化還原反應(yīng)，將氮氧化物轉(zhuǎn)化成無污染的N2。該項技術(shù)的主要特點是脫硝裝置簡單、工藝成熟穩(wěn)定、一次性投資降低，主要面臨的課題是由于工藝局限性導(dǎo)致脫硝效率不高(最高約為50%)及運行費用較高(氨水消耗量較大)。在面對200mg/m3的新標準時顯得力不從心。

SCR水泥脫硝面臨機會技術(shù)難點為低溫脫硝催化劑

選擇性催化還原法(SCR)是向催化劑上游的煙氣中噴入氨氣或其它還原劑、利用催化劑將煙氣中的氮氧化物轉(zhuǎn)化為氮氣和水，以達到減排目的的脫硝手段。據(jù)了解，該技術(shù)在火電行業(yè)已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，目前國內(nèi)火電行業(yè)95%生產(chǎn)線采用SCR技術(shù)進行脫硝，同時該技術(shù)在玻璃窯爐等其它工業(yè)窯爐上也成功實現(xiàn)應(yīng)用。

事實上，SCR是工業(yè)上應(yīng)用最廣的一種脫硝技術(shù)，以氮氧化物脫除效率高著稱：理想狀態(tài)下，可使氮氧化物的脫除率達90%以上，噴入到煙氣中的氨幾乎完全和氮氧化物反應(yīng)，是目前最好的固定源脫硝治理技術(shù)。在電力行業(yè)執(zhí)行氮氧化物排放值50mg/Nm3的情況下，仍可以很好的實現(xiàn)排放要求。然而，如此高效率的脫硝技術(shù)緣何在水泥行業(yè)應(yīng)用甚少?究其原因，水泥行業(yè)復(fù)雜的工況環(huán)境和較高的一次性投入等不利因素制約了SCR技術(shù)在水泥行業(yè)的應(yīng)用。

成本限制：采用SCR技術(shù)脫硝需要要增設(shè)裝置、占用空間、投資大、運行費用較高。有資料顯示，2500t/d生產(chǎn)線利用SCR總投資在2000萬元以上，運行成本噸熟料6元左右。

溫度限制：據(jù)了解催化劑當今最普遍應(yīng)用的是多孔Ti2O5(載體)做成蜂窩狀模塊化，載體表面敷有起催化作用的活性成分V2O5和WO3，反應(yīng)溫度在280℃～400℃為佳。而在新型干法水泥生產(chǎn)線中，預(yù)熱器出口的溫度先進的已降到300℃以下，同時為貫徹國家節(jié)能降耗政策，我國2500t/d以上的生產(chǎn)線普遍加裝余熱鍋爐，其排氣溫度在150℃左右，這也對脫硝催化劑提出了新的挑戰(zhàn)，要能夠在較低的溫度下達到80%以上的脫硝效率，這對于核心技術(shù)均為日本及德國外購的國內(nèi)催化劑生產(chǎn)商來說是個巨大的挑戰(zhàn)。

金隅集團或成國內(nèi)水泥SCR低溫脫硝“嘗鮮者”

針對如此大的技術(shù)難度和日趨嚴格的排放標準，北京金隅集團下屬金隅紅樹林環(huán)保技術(shù)有限責任公司與中能國信(北京)科技發(fā)展有限公司一起于2014年7月開始了在水泥窯低溫SCR脫硝上的探索并已取得成功，預(yù)計將于今年下半年進行工業(yè)化嘗試。其間，由中能國信公司提供的與清華大學材料學院歷時3年共同研發(fā)、同時也是國內(nèi)首款能夠滿足水泥窯150℃達成脫硝效率的低溫催化劑在其中起到了決定性作用。

記者從項目負責人北京金隅紅樹林環(huán)保技術(shù)有限責任公司詹永利副總經(jīng)理處了解到，這次低溫SCR脫硝的嘗試歷經(jīng)8個月，整套20000風量的脫硝裝置歷經(jīng)了水泥廠各種工況下的考驗，表現(xiàn)一直相當穩(wěn)定。130℃時平均脫硝效率達到30%以上;150℃時脫硝效率穩(wěn)定在50%的水平;而在170℃時，脫硝效率則能達到最高90%，平均80%的效率。經(jīng)測算，完全可滿足2016年的北京水泥行業(yè)氮氧化物新標準，并可進一步降低氨水消耗量，降低整體脫硝裝置運行費用。

而中能國信(北京)公司的總經(jīng)理王晨則對記者表示，由該公司連同清華大學共同開發(fā)的低溫SCR脫硝催化劑能夠滿足自130-380℃溫度區(qū)間的多樣化當氧化物減排需求，且連續(xù)運行狀況十分穩(wěn)定，處于國內(nèi)絕對領(lǐng)先水平。并在2014年已于平板玻璃等行業(yè)進行了率先嘗試，希望能夠在2015年與金隅集團一起完成全國首條水泥窯SCR低溫脫硝示范線，為北京能夠“常有APEC藍”做出貢獻。