SCR脫硝技術(shù)在非電行業(yè)煙氣治理中的應用進(jìn)展

1 非電行業(yè)煙氣特點(diǎn)及處理技術(shù)分析

非電行業(yè)包括鋼鐵、焦化、水泥、玻璃、垃圾焚燒和建材等企業(yè)。近年來(lái),焦化和鋼鐵等非電行業(yè)消耗量幾乎與電力行業(yè)等同。但非電行業(yè)污染物排放標準和治理水平遠低于燃煤電站行業(yè),導致其N(xiāo)Ox、SO2和顆粒物(PM)排放量占全國3/4以上。其超低排放改造推進(jìn)緩慢的原因包括治理標準待完善、環(huán)保監管難度大和缺乏經(jīng)濟可行的技術(shù)方案等,這些都與非電領(lǐng)域范圍廣、細分行業(yè)多、不同行業(yè)間生產(chǎn)工藝不同而導致的污染排放特性差異大的特點(diǎn)密切相關(guān)。

1.1鋼鐵行業(yè)煙氣特點(diǎn)及脫硝技術(shù)應用進(jìn)展

2015年,中國鋼鐵企業(yè)NOx排放量達97.2萬(wàn)t,占NOx總排放量的8%。鋼鐵生產(chǎn)工序繁多且各工序主要排放污染物種類(lèi)多而不同。其中燒結工序是氣態(tài)污染物排放*為嚴重的工序。該工序排放的PM、SO2和NOx等污染物分別占鋼鐵企業(yè)排放總量的35%、70%和50%以上。鋼鐵行業(yè)燒結煙氣具有以下特點(diǎn):

(1)煙氣量大,每生產(chǎn)1 t燒結礦產(chǎn)生4 000～6 000 m3煙氣。

(2)煙氣成分復雜,含有HCl、SO2、NOx和HF等多種腐蝕性氣體,鉛、鋅和汞等重金屬,二噁英等有毒氣體和大量粉塵(濃度達10 g/m3)。

(3)SO2濃度高且變化大,煙氣中SO2濃度一般為1000～1500 mg/m3,甚至可達3000～5000 mg/m3。

(4)煙氣溫度低且波動(dòng)范圍大,燒結煙氣溫度在120～180℃,采用低溫燒結技術(shù)時(shí)甚至低至80℃。

(5)含濕量和含氧量高,含濕量一般為7%～13%,含氧量達15%～18%。

目前,應用于燒結煙氣超低排放治理的主要有3種技術(shù)方案,即SCR法、活性焦法和氧化法。采用以上3種方法,既滿(mǎn)足目前環(huán)保標準,也易于改造以滿(mǎn)足更加嚴格的環(huán)保標準。

1.2水泥行業(yè)煙氣特點(diǎn)及脫硝技術(shù)應用進(jìn)展

我國是水泥主要生產(chǎn)國,水泥生產(chǎn)導致NOx排放約200萬(wàn)t/a,占全國NOx工業(yè)排放量的15%。水泥窯爐煙氣及煙塵特點(diǎn):

(1)灰分含量高,預熱器后灰塵含量高達80～120 g/m3。

(2)煙氣成分復雜,具有黏性,很 容易導致催化劑堵塞。

(3)灰分中CaO含量高,其中高粉塵濃度是水泥窯爐煙氣的*特點(diǎn)。

水泥廠(chǎng)分解爐煙氣溫度為850～1200℃,煙氣停留時(shí)間僅5s,適合選擇性非催化還原(SNCR)脫硝技術(shù)(溫度范圍為850～1100℃,反應時(shí)間約200ms)的應用。結合爐內控制技術(shù)(如低氮燃燒器),NOx可控制在較低水平。但環(huán)境保護標準日趨嚴格,需采用SCR脫硝工藝。

水泥行業(yè)煙氣余熱梯級利用,煙氣高溫和清潔不可兼得,SCR工藝只能選擇高溫高粉塵或低溫低粉塵條件。為保護催化劑,優(yōu)選低溫低粉塵條件設置SCR工藝。但由于煙氣中仍有堿金屬和堿土金屬含量高的粉塵及少量SO2,導致催化劑堵塞、磨損和中毒失效,因此迫切需要開(kāi)發(fā)和使用抗中毒能力強的催化劑。

1.3玻璃行業(yè)煙氣特點(diǎn)及脫硝技術(shù)應用進(jìn)展

我國是玻璃生產(chǎn)大國,玻璃工業(yè)NOx排放量約14萬(wàn)t/a。玻璃行業(yè)煙氣特點(diǎn)如下:

(1)NOx含量高(通常在2 000mg/m3以上)。

(2)煙道出口溫度高(450～550℃)。

(3)煙氣波動(dòng)大,玻璃爐窯換火操作,爐內溫度先迅速降低再迅速升高,煙氣量和煙氣組分波動(dòng)較大。

(4)煙氣成分復雜,含有多種酸性氣體(HCl和HF等);堿金屬(Na鹽和K鹽等)和堿土金屬(Ca鹽等)含量高,并有一定黏附性和腐蝕性;燃料對煙氣污染物影響明顯(如表3)。

玻璃熔窯煙氣脫硝普遍采用SCR技術(shù)。典型玻璃熔窯煙氣SCR脫硝工藝流程如圖1所示。該工藝的優(yōu)勢在于:

(1)煙氣先經(jīng)余熱鍋爐再進(jìn)入SCR反應器,既滿(mǎn)足*脫硝溫度條件,也可回收部分熱量。

(2)脫硝前除塵,顯著(zhù)降低對SCR催化劑的沖刷及毒化作用。該工藝尤其適用于以石油焦和重油為燃料的復雜煙氣條件,是目前玻璃廠(chǎng)改造以及新建玻璃廠(chǎng)配套脫硝工程的優(yōu)選方案。

 1.4垃圾焚燒行業(yè)煙氣特點(diǎn)及脫硝技術(shù)應用進(jìn)展

我國2015年城市垃圾排放量達2.5億噸,約有2/3城市面臨“垃圾圍城”壓力。具有處理量大、衛生而且能實(shí)現資源回收利用的垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)日益成為城市垃圾處理優(yōu)先采用的技術(shù)。截至2015年,我國在運營(yíng)的垃圾焚燒發(fā)電廠(chǎng)達220座,垃圾焚燒處理量達62 Mt/a,占垃圾處理量的32%。對焚燒排放煙氣的治理是該方法實(shí)現進(jìn)一步大力推廣的關(guān)鍵因素。

垃圾焚燒發(fā)電廠(chǎng)煙氣成分復雜,除氮氧化物外,還伴有硫氧化物、氯化物、堿金屬和重金屬等(平均NOx342 mg/m3,SO2314 mg/m3,HCl 279 mg/m3)。應用SNCR技術(shù)脫硝可達到低于200 mg/m3的標準,但難以達到未來(lái)更低標準(<100 mg/m3)。我國目前采用“SNCR+半干法脫酸+活性炭噴射+布袋除塵”的主流技術(shù)路線(xiàn)能滿(mǎn)足現在的環(huán)保要求,但要滿(mǎn)足更加嚴格的環(huán)保要求,SCR技術(shù)不可缺少。

通過(guò)前面分析可以看出,一方面,SCR脫硝技術(shù)在鋼鐵企業(yè)和玻璃企業(yè)有著(zhù)較大的應用需求。另一方面,盡管水泥廠(chǎng)和垃圾焚燒發(fā)電廠(chǎng)采用爐內控制技術(shù)及其與SNCR結合的方式,都能滿(mǎn)足目前的環(huán)保要求,但隨著(zhù)環(huán)保標準的日趨嚴格,SCR技術(shù)同樣不可缺少。因此,盡管非電領(lǐng)域不同行業(yè)間煙氣特點(diǎn)差異明顯,適用的煙氣治理方式也不完全相同,但SCR脫硝技術(shù)在非電領(lǐng)域脫硝治理中有著(zhù)廣闊的應用空間。

催化劑是SCR脫硝技術(shù)的核心,但非電領(lǐng)域煙氣環(huán)境復雜,通常含有高濃度SO2,玻璃煙氣中含有大量堿金屬(Na鹽和K鹽等),水泥煙氣中含有大量CaO,垃圾焚燒煙氣中含有大量揮發(fā)性有機物,SCR工藝所處理煙氣溫度往往較低(低于300℃)。因此,提高催化劑反應活性的同時(shí),增強抗中毒能力(抗硫銨鹽中毒和抗堿金屬中毒)及多污染物協(xié)同脫除能力,對催化劑在非電領(lǐng)域的應用具有重要意義。

非電領(lǐng)域自身范圍廣、細分行業(yè)多,不同行業(yè)間生產(chǎn)工藝差異大,污染排放特性各不相同,相應的污染物治理工藝也不完全相同。而脫除效率高、易升級改造的SCR脫硝技術(shù)對滿(mǎn)足現在和將來(lái)的非電領(lǐng)域煙氣脫硝需求具有重要意義。同時(shí),含有一定濃度SO2、堿金屬和堿土金屬含量高、揮發(fā)性有機物含量高及低溫的煙氣環(huán)境將是SCR催化劑面臨的嚴峻考驗。因此,提高SCR催化劑低溫活性,同時(shí)提高抗硫銨鹽、抗堿金屬和堿土金屬中毒能力,增強催化劑對NOx和VOCs的協(xié)同脫除性能,是未來(lái)SCR催化劑發(fā)展的重要方向。