耐火材料隧道窯煙氣脫硝超低排放改造案例分析

摘要： 以遼寧海城某耐火材料生產企業隧道窯煙氣脫硝超低排放改造項目為例,介紹了一種變溫熱量回收式煙氣脫硝技術.該技術利用熱風爐加熱爐窯尾部煙氣,將煙氣溫度提升至適合催化劑的反應溫度,氮氧化物實現達標排放.脫硝后的凈煙氣利用高效換熱器與隧道窯出口煙氣換熱,有效回收了煙氣中的熱量,提高了脫硝系統進口煙氣溫度,從而達到了降低排煙溫度、節約脫硝煙氣升溫消耗、實現污染物減排的目標.同時兼具良好的環境效益、經濟效益和社會效益.

 

1變溫熱量回收式煙氣脫硝技術

 

工業爐窯排煙溫度低，煙氣中的氮氧化物含量高，傳統的脫硝工藝難以找到適合的反應溫度窗口。為了實現最佳的脫硝效果，需要對煙氣進行升溫。本技術采用一種變溫熱量回收式煙氣脫硝工藝，與傳統的煙氣脫硝工藝相比較，該技術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定在目標催化劑的最佳使用溫度，從而得到高效穩定的脫硝效果。變溫熱量回收式煙氣脫硝技術適用于各種排煙溫度較低的工業爐窯煙氣脫硝，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方案

 

2.1工程概況及項目設計條件

 

遼寧海城市某耐火材料公司現有2條100m隧道窯，單條窯排煙溫度200～250E，煙氣量35000m3／h，現出口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，采用變溫熱量回收式煙氣脫硝技術。

 

2.2脫硝技術對比

 

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勢，當地大力發展鎂制品深加工工業，其中鎂砂窯、鎂磚窯是制造優質耐火材料的重要設備。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。S02排放濃度100～500mg／m3，NOx排放濃度多數小于150mg／m3，但在后英高純窯氮氧化物排放濃度多數達到3223mg／m3。

 

隧道窯是一種連續性工作爐窯，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，分為預熱帶、燒成帶和冷卻帶三個部分，其中燒成帶燃燒產生的高溫煙氣會有氮氧化物產生。在2017年前企業開展脫硫和脫硝治理較少，但隨著環保標準更加嚴格，相關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，且產生的副產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，超低排放指標難以滿足。SCR工藝成熟，效率大于90％，應用廣泛，但受催化劑溫度窗的影響，在工業爐窯上應用較少。

 

本次改造主要解決反應溫度的問題，通過熱量補償的方式，將進入脫硝反應器的溫度升至280C以上。同時回收尾部煙氣熱量，節約升溫能耗，實現高效脫硝。

 

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。C，經換熱器換熱升溫至300。C，在混風室熱風爐燃燒產生的高溫煙氣與換熱后300。C的煙氣混合，煙溫提升到320。C，滿足脫硝反發生的條件。脫硝后的煙氣溫度因熱損失，溫度降到310。C左右，經換熱器降至180。C后排人大氣。整個工藝利用換熱升溫，比直接升溫節約燃料83％。隧道窯煙氣脫硝設計參數見表1。

 

2.4運行效果分析

項目建成后，系統試運行時間為2018年11月10～17日，共計168h。如圖2所示，在試運行期間，入口NO，濃度400～450mg／Nm3，出口NO，日平均濃度35～50mg／Nm3，脫硝效率穩定，系統運行狀況正常，能夠滿足氮氧化物超低排放的標準。

 

 

對系統氮氧化物減排量和燃料耗量進行統計，統計結果如圖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節能減排效果

 

3.1節能效益

 

根據本項目實際運行數據，采用一種變溫熱量回收式煙氣脫硝工藝，用于煙氣升溫的天然氣耗量為43.8Nm3／h，采用直接升溫法天然氣耗量為262.5Nm3／h。按照當地天然氣3元／Nm3計算，系統運行30d節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

 

本項目設計煙氣量?0000m3／h，折算標準工況39216Nm3／h，入口NO。濃度500mg／m3，出口NO。濃度<50mg／m3，脫硝效率90％，NO。減排量約為14．7kg／h。該系統回收煙氣余熱，減少了天然氣的耗量，也相應地減少了廢氣的排放量。同時采用的SCR脫硝工藝，脫硝產物為氮氣和水，對環境沒有二次污染，不產生新的固廢和水體污染，工藝簡單、環境友好，達到了很好的節能減排效果。

 

4結語

 

工程實踐表明采用一種變溫熱量回收式煙氣脫硝工藝對隧道窯排放的高污染濃度的低溫煙氣進行處理，可以有效的回收排放煙氣的熱量，熱風爐升溫20℃，比直接升溫法節約燃料能耗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NO。的排放，對于緩解企業壓力、改善空氣質量，具有重要的現實意義。