水泥窑SCR脱硝技术路线与经济性分析

徐雯

摘 要：水泥工业对NOx排放要求日趋严格，研究高效、经济水泥窑SCR脱硝技术路线具有现实意义。基于水泥窑工艺路线和烟气特点，介绍了水泥窑SCR脱硝主要技术路线及其特点。以建德三狮水泥有限公司的5000 t/d水泥线为例，对预热器C1-高温金属除尘器-SCR脱硝塔、余热锅炉-布袋除尘器-GGH-SCR脱硝塔和原布袋除尘器-两级GGH-SCR脱硝塔三种技术路线进行经济性分析，结果表明采取预热器C1-高温金属除尘器-SCR脱硝塔布置的中温低尘路线具有优势。

关键词：水泥窑SCR脱硝;技术路线;经济分析;高温金属除尘器

2017年全国NOx排放总量1258.8万吨[1]，其中，水泥工业贡献约105.76万吨[2]，仅次于火电行业和机动车尾气。水泥工业NOx排放控制标准日趋严格，《水泥工业大气污染物排放标准》（GB 4915-2013）规定NOx排放限值400 mg/Nm3，重点地区320 mg/Nm3;2017年5月，江苏省环保厅《关于开展全省非电行业氮氧化物深度减排的通知》提出水泥企业2019年6月1日前NOx排放限值100 mg/Nm3目标;2018年2月，《河南省2018年大气污染防治攻坚实施方案》中要求水泥企业2018年10月底前，NOx排放低于150 mg/Nm3;2018年9月，《唐山市生态环境深度整治攻坚月行动方案》要求NOx排放限值50 mg/Nm3。

SCR脱硝技术作为全世界应用最广泛高效的NOx脱除技术，能满足水泥行业日益严格的排放标准，是一种理想的水泥窑脱硝技术。基于水泥窑工艺路线和烟气特点，本文先后对水泥窑SCR脱硝主要技术路线进行介绍和经济性分析，为水泥窑NOx深度减排研究提供参考。

1 .水泥窑工艺路线和烟气特点

水泥窑工艺路线如图1所示，烟气具有以下特点：

（1）一般都掺复合矿化剂煅烧，废气中含有有害的腐蚀性气体SOx、HF;

（2）湿度大，露点高。水含量一般8～16%，水蒸气露点一般为45～55℃，酸露点温度更高;

（3）NOx含量一般在700～1300 mg/Nm3，平均为1000 mg/Nm3;

（4）粉尘浓度大（60～100 g/Nm3）、粒径小、碱金属成分高;

（5）烟气量、温度、含湿量、比电阻、粉尘浓度等不稳定。

2 .水泥窑SCR脱硝技术路线

根据SCR反应器的布置方式，水泥窑SCR脱硝主要的技术路线可分为传统的中温高尘、中温中尘、中低温低尘、低温低尘技术路线以及利用新型高温金属除尘器的中温低尘技术路线。

2.1 中温高尘技术路线

SCR反应器布置在预热器C1和余热锅炉间，此处的温度较高，约300～400℃，足以满足SCR催化剂反应需要的温度。但此处粉尘含量高、碱金属含量高（在处置固废的水泥厂还有重金属含量高的问题），在防止催化剂磨损、堵塞和中毒方面有较高的技术难度，需在此条件下验证催化剂的抗磨损、抗中毒能力和脱硝效率后使用。

2.2 中温中尘技术路线

SCR反应器布置在预热器C1和余热锅炉间，在SCR反应器之前安装高温电除尘器或旋风除尘器，但会增加设备成本，烟气温度也会有所降低，约290～330℃。

2.3 中低温低尘技术路线

SCR反应器布置在余热锅炉之后，通常需要在SCR反应器之前安装电除尘器或布袋除尘器。该处的粉尘含量可在10 mg/Nm3以下，可降低粉尘对SCR催化剂的影响。但此处烟气温度会降至200～300℃，此温度下催化剂活性低，且烟气中SO3与NH3易生成硫铵副产物，堵塞催化剂并增加吹灰难度。需要通过烟气再热技术将气体的温度加热到300 ℃以上或使用低温催化剂，且布袋除尘器会增加设备成本。

2.4 低温低尘技术路线

SCR反应器布置在尾排除尘器之后，需将最后经布袋除尘器排出的70～150℃的烟气进行加热到催化剂需要的温度再进行脱硝。该路线具有对现有设备改造量小、降低含尘量、催化剂运行条件好等优势，缺点是需要增加换热设备或加热设备，增加设备投资和运行成本。

2.5 中温低尘技术路线

随着高温除尘技术的发展，金属间化合物材料应用于除尘领域，高温除尘器可靠性提升。高温金属除尘器是以金属间化合物材料作除尘过滤材料的袋式除尘器，具有袋式过滤的全部优点，并且由于金属间化合物材料的稳定化学结构和开孔率高、孔径均匀可控、曲折因子小等性能，具有耐高温、稳定、精度高、阻力低、耐腐蝕性强、处理能力大、钢材耗量少、占地面积小、环保性能好等优势。对于烟温300～400℃的中温高尘技术路线可以进一步优化为中温低尘路线，优化催化剂的运行环境，提高催化剂的运行寿命。

3 .水泥窑SCR脱硝技术路线比较

以建德三狮水泥有限公司的5 000 t/d水泥线为例，对其进行中温低尘路线、中低温低尘路线和低温低尘路线比较。建德三狮水泥有限公司的5 000 t/d水泥线，采用新型干法水泥生产线，设计发电装机容量9 000 KW，年发电时间按8000小时计算，年发电量7 200万千瓦时。回转窑出口废气量318 000 Nm3/h，废气温度350 ℃（最高400 ℃），蒸汽设计产量≥28 t/h，蒸汽压力1.0 Mpa（A）。窑头出口废气量240 000 Nm3/h，废气温度350～450 ℃，蒸汽设计产量≥24 t/h，蒸汽压力1.0 Mpa（A）。

中温低尘路线、中低温低尘路线和低温低尘路线分别采用预热器C1-高温金属除尘器-SCR脱硝塔、余热锅炉-布袋除尘器-GGH-SCR脱硝塔和原布袋除尘器-两级GGH-SCR脱硝塔三种布置方案，其特点如表1所示。

对三种技术路线方案进行经济性分析如表2所示，分析对比三方案初投资及运行费用，方案一：预热器C1-高温金属除尘器-SCR脱硝塔的方案，初投资1740万，运行成本655万; 方案二：余热锅炉-布袋除尘器-GGH-SCR脱硝塔的方案，初投资1995万，运行成本1593万;方案三：原布袋除尘器-两级GGH-SCR脱硝塔的方案，初投资1490万，运行成本2090万。综合对比投资及运行成本，采用中温低尘技术路线方案一更具有优势。

4 .小结

（1）基于水泥窑工艺和烟气特点，根据SCR反应器布置方式，传统水泥窑SCR脱硝技术路线有中温高尘、中温中尘、中低温低尘和低温低尘路线;随着金属间化合物材料应用于除尘领域，中温高尘技术路线可以进一步优化为中温低尘路线，优化催化剂的运行环境，提高催化剂的运行寿命。

（2）以建德三狮水泥有限公司的5 000 t/d水泥线为例，综合对比预热器C1-高温金属除尘器-SCR脱硝塔、余热锅炉-布袋除尘器-GGH-SCR脱硝塔和原布袋除尘器-两级GGH-SCR脱硝塔三种技术方案投资及运行成本，采取预热器C1-高温金属除尘器-SCR脱硝塔布置的中温低尘路线具有优势。

参考文献：

[1]中华人民共和国国家统计局. 年度数据[EB/OL]. http：//data.stats.gov.cn/easyquery.htm？cn=C01.

[2]马现奇， 高旭东， 范永斌， 等. 国内水泥行业氮氧化物治理及氨排放浅议[J]. 中国水泥， 2019（05）： 78-80.