超高溫除塵技術在水泥行業應用

發布日(ri)期：2023-07-30 　瀏覽次數：783

本文討論(lun)了在(zai)保(bao)證系統可靠穩定運行的前提下，進行窯(yao)(yao)頭(tou)電除塵(chen)(chen)器(qi)(qi)改造的情況，也(ye)討論(lun)了針對窯(yao)(yao)尾(wei)SCR 脫硝(xiao)，在(zai)余(yu)熱鍋(guo)爐之前，增加高溫(wen)除塵(chen)(chen)器(qi)(qi)和SCR反應器(qi)(qi)的工藝(yi)改造方案(an)。通過技術改造，可解決窯(yao)(yao)頭(tou)面臨的除塵(chen)(chen)器(qi)(qi)“燒袋(dai)”風險和余(yu)熱鍋(guo)爐磨損問題(ti)，也(ye)可解決窯(yao)(yao)尾(wei)SCR技術受(shou)限問題(ti)。文中(zhong)所稱超高溫(wen)袋(dai)除塵(chen)(chen)器(qi)(qi)，是為了與現有(you)的水泥窯(yao)(yao)窯(yao)(yao)尾(wei)、窯(yao)(yao)頭(tou)、烘(hong)干機高溫(wen)袋(dai)除塵(chen)(chen)器(qi)(qi)區分。

1 水泥(ni)行業高溫(wen)煙氣治理現(xian)狀

水(shui)泥(ni)生產(chan)(chan)過程中(zhong)會(hui)產(chan)(chan)生大量高溫(wen)(wen)(wen)(wen)煙(yan)氣（300~450℃），其中(zhong)主要污染物為粉(fen)塵(chen)(chen)、NOX、SO2等。對煙(yan)氣中(zhong)的(de)(de)(de)(de)粉(fen)塵(chen)(chen)，一(yi)(yi)(yi)般(ban)采(cai)用降(jiang)(jiang)溫(wen)(wen)(wen)(wen)后進(jin)入袋除塵(chen)(chen)器的(de)(de)(de)(de)方(fang)式進(jin)行減(jian)排。在(zai)沒有余(yu)熱利用設備(bei)的(de)(de)(de)(de)系統(tong)中(zhong)，不僅浪費大量的(de)(de)(de)(de)余(yu)熱資源，降(jiang)(jiang)溫(wen)(wen)(wen)(wen)系統(tong)還需額外消(xiao)耗大量能源。在(zai)有余(yu)熱利用設備(bei)的(de)(de)(de)(de)系統(tong)中(zhong)，當(dang)余(yu)熱利用系統(tong)檢(jian)修或(huo)出現“跑黃料”、高溫(wen)(wen)(wen)(wen)風機調(diao)停等情況時，為了(le)(le)避免袋除塵(chen)(chen)器“燒(shao)(shao)(shao)(shao)(shao)袋”，一(yi)(yi)(yi)般(ban)會(hui)增(zeng)加噴水(shui)降(jiang)(jiang)溫(wen)(wen)(wen)(wen)設備(bei)或(huo)空(kong)氣冷卻器等應(ying)急降(jiang)(jiang)溫(wen)(wen)(wen)(wen)裝置。應(ying)急降(jiang)(jiang)溫(wen)(wen)(wen)(wen)系統(tong)不僅提(ti)(ti)高了(le)(le)投(tou)資成(cheng)本(ben)，占用了(le)(le)土地，而且增(zeng)加了(le)(le)整(zheng)個工藝系統(tong)的(de)(de)(de)(de)復雜度(du)及(ji)運(yun)維成(cheng)本(ben)。更需要注意的(de)(de)(de)(de)是，降(jiang)(jiang)溫(wen)(wen)(wen)(wen)設備(bei)絕大部(bu)分時間處(chu)于閑(xian)置狀態，造(zao)成(cheng)了(le)(le)資源的(de)(de)(de)(de)浪費。煙(yan)氣中(zhong)的(de)(de)(de)(de)氮(dan)(dan)氧化物（NOX）減(jian)排分為以低氮(dan)(dan)燃(ran)(ran)燒(shao)(shao)(shao)(shao)(shao)、分級燃(ran)(ran)燒(shao)(shao)(shao)(shao)(shao)技(ji)術(shu)為主的(de)(de)(de)(de)燃(ran)(ran)燒(shao)(shao)(shao)(shao)(shao)過程減(jian)排和以SNCR脫(tuo)硝(xiao)技(ji)術(shu)為主的(de)(de)(de)(de)燃(ran)(ran)燒(shao)(shao)(shao)(shao)(shao)后減(jian)排。低氮(dan)(dan)燃(ran)(ran)燒(shao)(shao)(shao)(shao)(shao)脫(tuo)硝(xiao)和分級燃(ran)(ran)燒(shao)(shao)(shao)(shao)(shao)脫(tuo)硝(xiao)效(xiao)率一(yi)(yi)(yi)般(ban)＜30%，因此，在(zai)排放標(biao)準不斷提(ti)(ti)高的(de)(de)(de)(de)條件下，燃(ran)(ran)燒(shao)(shao)(shao)(shao)(shao)后的(de)(de)(de)(de)脫(tuo)硝(xiao)必不可(ke)少。目前，國內水(shui)泥(ni)廠燃(ran)(ran)燒(shao)(shao)(shao)(shao)(shao)后的(de)(de)(de)(de)脫(tuo)硝(xiao)基本(ben)采(cai)用SNCR技(ji)術(shu)。當(dang)脫(tuo)硝(xiao)效(xiao)率控制(zhi)在(zai)%~70%

時，氨氮比高(gao)(gao)(gao)達(da)1.4~1.7[，70%的(de)脫硝(xiao)效率無法滿足(zu)更(geng)高(gao)(gao)(gao)標(biao)準的(de)排放要(yao)求，且過量噴氨會導致生產(chan)成(cheng)本增(zeng)加和環境的(de)二次污(wu)染(ran)。針對水(shui)泥(ni)行業 NOX 的(de)超(chao)(chao)低(di)排放指標(biao)（NOX≤100mg/m3（標(biao)）），只有(you)使(shi)(shi)用脫硝(xiao)效率更(geng)高(gao)(gao)(gao)的(de) SCR 技(ji)術可(ke)以滿足(zu)要(yao)求。SCR 已經在(zai)(zai)火電(dian)(dian)行業超(chao)(chao)低(di)排放中取得成(cheng)功，但同時也存在(zai)(zai)一(yi)些問題，如粉(fen)(fen)塵(chen)導致催化(hua)劑(ji)中毒(du)、堵塞、磨損等(deng)。在(zai)(zai)水(shui)泥(ni)行業，窯尾粉(fen)(fen)塵(chen)濃度(du)高(gao)(gao)(gao)，且具有(you)一(yi)定粘性，SCR 催化(hua)劑(ji)工作(zuo)環境比火電(dian)(dian)行業惡劣很多，使(shi)(shi)得SCR技(ji)術在(zai)(zai)水(shui)泥(ni)行業的(de)應用受到限制(zhi)。從歐洲水(shui)泥(ni)工業應用SCR 技(ji)術的(de)經驗(yan)來看，高(gao)(gao)(gao)粉(fen)(fen)塵(chen)濃度(du)會使(shi)(shi)催化(hua)劑(ji)中毒(du)，不(bu)僅使(shi)(shi)脫硝(xiao)效率降低(di)，也大幅縮(suo)短了催化(hua)劑(ji)使(shi)(shi)用壽命，

NOX排放只能控制在(zai)200mg/m3（標）以(yi)下，催化劑仍需(xu)頻繁(fan)更(geng)換，中(zhong)毒的(de)催化劑仍需(xu)修復。因(yin)此，在(zai)SCR脫硝之前，進行高溫除塵，顯得尤(you)為重要(yao)。

2 高溫除(chu)塵(chen)技(ji)術

水泥行(xing)(xing)業應(ying)用的高(gao)溫除(chu)塵(chen)(chen)(chen)技術主要有(you)旋風(feng)除(chu)塵(chen)(chen)(chen)器(qi)技術和(he)(he)(he)靜電(dian)(dian)(dian)除(chu)塵(chen)(chen)(chen)器(qi)技術。旋風(feng)除(chu)塵(chen)(chen)(chen)器(qi)除(chu)塵(chen)(chen)(chen)效(xiao)率(lv)低，只能用于預除(chu)塵(chen)(chen)(chen)。靜電(dian)(dian)(dian)除(chu)塵(chen)(chen)(chen)器(qi)運行(xing)(xing)成(cheng)本和(he)(he)(he)維(wei)護要求高(gao)，且其除(chu)塵(chen)(chen)(chen)效(xiao)率(lv)受粉塵(chen)(chen)(chen)比電(dian)(dian)(dian)阻、高(gao)壓電(dian)(dian)(dian)源(yuan)及控(kong)制系(xi)統等(deng)多(duo)種因素的影響很大(da)，在(zai)高(gao)溫、高(gao)濃度(du)粉塵(chen)(chen)(chen)的情(qing)況下，靜電(dian)(dian)(dian)除(chu)塵(chen)(chen)(chen)器(qi)常常無法高(gao)效(xiao)、穩定地運行(xing)(xing)。目(mu)(mu)前，國內外(wai)的陶瓷纖維(wei)和(he)(he)(he)金屬纖維(wei)濾(lv)料在(zai)800℃以下具有(you)良好的強度(du)、耐腐(fu)蝕性和(he)(he)(he)高(gao)過濾(lv)精度(du)，可滿足高(gao)溫粉塵(chen)(chen)(chen)的超低排放(fang)要求，且已成(cheng)功應(ying)用于工程項目(mu)(mu)中。采用陶瓷纖維(wei)和(he)(he)(he)金屬纖維(wei)濾(lv)料作為過濾(lv)介質(zhi)的袋式除(chu)塵(chen)(chen)(chen)器(qi)是高(gao)溫除(chu)塵(chen)(chen)(chen)系(xi)統的最佳選擇。

3 高溫除(chu)塵技術在窯(yao)頭改造的應用探(tan)討

針對常規的窯頭(tou)工藝(yi)(yi)系統(tong)(tong)，我們提出了(le)(le)一種窯頭(tou)電除塵器改(gai)造技(ji)術(shu)和設備方(fang)(fang)案。該方(fang)(fang)案在保證系統(tong)(tong)可(ke)靠穩定(ding)運(yun)行(xing)的前提下，簡(jian)化(hua)了(le)(le)工藝(yi)(yi)流(liu)程，減(jian)少了(le)(le)設備及(ji)占地面積(ji)，降低了(le)(le)系統(tong)(tong)運(yun)行(xing)維(wei)護費用(yong)，提升了(le)(le)總體經濟效益。窯頭(tou)高溫電改(gai)袋有不改(gai)變原工藝(yi)(yi)系統(tong)(tong)而(er)直接

將原電(dian)除(chu)塵殼體(ti)(ti)改(gai)(gai)(gai)為高溫(wen)袋(dai)除(chu)塵器(qi)（即直(zhi)(zhi)接(jie)(jie)電(dian)改(gai)(gai)(gai)袋(dai)工(gong)藝(yi)）和電(dian)改(gai)(gai)(gai)袋(dai)后將余(yu)(yu)熱鍋爐后置(zhi)兩(liang)種改(gai)(gai)(gai)造(zao)方式。直(zhi)(zhi)接(jie)(jie)電(dian)改(gai)(gai)(gai)袋(dai)工(gong)藝(yi)如圖(tu) 1 所示。直(zhi)(zhi)接(jie)(jie)電(dian)改(gai)(gai)(gai)袋(dai)方案與普通電(dian)改(gai)(gai)(gai)袋(dai)方案在本(ben)(ben)體(ti)(ti)改(gai)(gai)(gai)造(zao)方面類似，但不需增加其他(ta)工(gong)藝(yi)設(she)備，施工(gong)、安裝更(geng)為簡單，整個系(xi)統穩定運(yun)行的(de)(de)可靠性更(geng)高，投資和綜合運(yun)行成(cheng)本(ben)(ben)更(geng)低(di)。電(dian)改(gai)(gai)(gai)袋(dai)后將余(yu)(yu)熱鍋爐后置(zhi)的(de)(de)工(gong)藝(yi)如圖(tu)2所示。高溫(wen)改(gai)(gai)(gai)造(zao)后將余(yu)(yu)熱鍋爐后置(zhi)，窯(yao)頭高溫(wen)含塵煙(yan)氣直(zhi)(zhi)接(jie)(jie)進入改(gai)(gai)(gai)造(zao)后的(de)(de)高溫(wen)除(chu)塵器(qi)除(chu)塵，潔(jie)凈高溫(wen)氣體(ti)(ti)再進入余(yu)(yu)熱發電(dian)系(xi)統進行余(yu)(yu)熱利用，最后通過煙(yan)囪(cong)排(pai)出。當余(yu)(yu)熱發電(dian)系(xi)統離線(xian)時，高溫(wen)除(chu)塵器(qi)出口(kou)的(de)(de)潔(jie)凈高溫(wen)氣體(ti)(ti)可直(zhi)(zhi)接(jie)(jie)由高溫(wen)風(feng)機引(yin)入煙(yan)囪(cong)排(pai)出。鍋爐后置(zhi)改(gai)(gai)(gai)造(zao)方案具(ju)有以下優點：

（1）高(gao)溫(wen)煙(yan)氣先(xian)進入高(gao)溫(wen)除(chu)(chu)(chu)塵(chen)器除(chu)(chu)(chu)塵(chen)，再進余(yu)(yu)熱發電系統(tong)(tong)，可消(xiao)除(chu)(chu)(chu)粉(fen)塵(chen)對余(yu)(yu)熱發電系統(tong)(tong)的磨損(sun)、堵塞(sai)，降低余(yu)(yu)熱發電系統(tong)(tong)的運行(xing)維護成本；同時可消(xiao)除(chu)(chu)(chu)鍋爐(lu)內部(bu)積灰，提(ti)高(gao)鍋爐(lu)熱效率和廢氣余(yu)(yu)熱的利用，提(ti)高(gao)系統(tong)(tong)經濟效益。

（2）窯(yao)頭(tou)高溫氣體直接入除塵器，再進入余熱發電系統，省去了(le)旋風除塵器或干擾式分離器，減小了(le)系統阻力(li)。

（3）除塵后的高(gao)溫氣(qi)體用(yong)于煤(mei)磨(mo)，可省(sheng)去(qu)煤(mei)磨(mo)熱風用(yong)除塵器，可提高(gao)煤(mei)粉燃燒效率，減少(shao)能源消(xiao)耗。

（4）簡化工藝系統(tong)后，設(she)備(bei)節點(dian)減少(shao)，減少(shao)了(le)(le)系統(tong)漏風點(dian)，簡化了(le)(le)工藝操作，提高(gao)(gao)了(le)(le)可靠性，此外(wai)，還節約了(le)(le)廠區空間。經(jing)濟效(xiao)益(yi)對比：普通電改袋(dai)(dai)方(fang)(fang)案(an)：按3年(nian)更換一批(pi)濾袋(dai)(dai)、6年(nian)換袋(dai)(dai)籠計，折合每(mei)年(nian)維護(hu)(hu)材(cai)料成(cheng)(cheng)(cheng)本(ben)(ben)(ben)(ben)如(ru)下：濾袋(dai)(dai)年(nian)成(cheng)(cheng)(cheng)本(ben)(ben)(ben)(ben)：2 802×460/3=429 640元袋(dai)(dai)籠年(nian)成(cheng)(cheng)(cheng)本(ben)(ben)(ben)(ben)：2 802×120/6=56 040元合計年(nian)費用(yong)為 865 680 元（未(wei)(wei)計算(suan)人工、機具、時間成(cheng)(cheng)(cheng)本(ben)(ben)(ben)(ben)）。高(gao)(gao)溫改造方(fang)(fang)案(an)：過濾裝置預(yu)期壽(shou)命8~10年(nian)，按9年(nian)壽(shou)命折合每(mei)年(nian)維護(hu)(hu)材(cai)料成(cheng)(cheng)(cheng)本(ben)(ben)(ben)(ben)計算(suan)如(ru)下：過濾元件年(nian)成(cheng)(cheng)(cheng)本(ben)(ben)(ben)(ben)：000×1323/9=441 000元以上(shang)未(wei)(wei)計算(suan)空冷器(qi)維護(hu)(hu)、余熱鍋(guo)爐更換管束維護(hu)(hu)成(cheng)(cheng)(cheng)本(ben)(ben)(ben)(ben)。高(gao)(gao)溫過濾方(fang)(fang)案(an)雖然計算(suan)年(nian)維護(hu)(hu)材(cai)料成(cheng)(cheng)(cheng)本(ben)(ben)(ben)(ben)偏高(gao)(gao)，但毋(wu)容置疑，整體經(jing)濟效(xiao)益(yi)可大幅提高(gao)(gao)。

4 高溫除(chu)塵技(ji)術(shu)在窯尾(wei)改造的應用探討

針對窯(yao)尾SCR脫(tuo)硝(xiao)，我們提出了一種在余(yu)熱鍋爐(lu)之前，增加高(gao)(gao)溫除塵器和 SCR 反應器，先高(gao)(gao)溫除塵，再(zai) SCR 脫(tuo)硝(xiao)的改(gai)造方案。工(gong)藝流程(cheng)如圖 3 所(suo)示(shi)。本方案優(you)點：使水泥行業可以采用SCR脫(tuo)硝(xiao)技術(shu)或 SNCR+SCR 脫(tuo)硝(xiao)技術(shu)，實(shi)現脫(tuo)硝(xiao)效率 90% 以上，滿足(zu)NOx的超(chao)低(di)排放要求。經除塵后的高(gao)(gao)溫煙(yan)氣通過 SCR

催化(hua)劑(ji)，催化(hua)劑(ji)基本(ben)上不(bu)受粉塵(chen)(chen)影響，可(ke)提(ti)(ti)高(gao)脫硝效(xiao)率(lv)，減(jian)少(shao)催化(hua)劑(ji)用(yong)(yong)(yong)(yong)量(liang)，大幅提(ti)(ti)高(gao)催化(hua)劑(ji)使用(yong)(yong)(yong)(yong)壽(shou)命。高(gao)溫煙氣經除(chu)(chu)塵(chen)(chen)脫硝后(hou)，進(jin)入后(hou)級余熱(re)鍋(guo)爐(lu)，可(ke)大幅減(jian)少(shao)余熱(re)鍋(guo)爐(lu)磨損、管壁積灰，減(jian)設備維(wei)護工(gong)作和(he)維(wei)護資金；可(ke)提(ti)(ti)高(gao)換熱(re)效(xiao)率(lv)，保(bao)證設備長期高(gao)效(xiao)運轉(zhuan)。本(ben)方案利用(yong)(yong)(yong)(yong)原有(you)增濕塔的空間位(wei)置(zhi)，無需額外用(yong)(yong)(yong)(yong)，為改(gai)造提(ti)(ti)供了有(you)利條件(jian)。系(xi)統(tong)設有(you)旁路，可(ke)保(bao)證不(bu)會因高(gao)溫除(chu)(chu)塵(chen)(chen)脫硝系(xi)統(tong)故障和(he)檢修影響整個生產系(xi)統(tong)的正常運轉(zhuan)。考慮到水泥窯生產線布置(zhi)緊湊，新增高(gao)溫除(chu)(chu)塵(chen)(chen)器(qi)所需占用(yong)(yong)(yong)(yong)的空間不(bu)好解(jie)決(jue)等(deng)問題，可(ke)以(yi)考慮用(yong)(yong)(yong)(yong)高(gao)溫除(chu)(chu)塵(chen)(chen)器(qi)代替預(yu)熱(re)器(qi)一級筒，SCR 反應(ying)器(qi)置(zhi)于預(yu)熱(re)器(qi)頂層平臺之上，工(gong)藝流程如圖(tu)4所示(shi)。原有(you)預(yu)熱(re)器(qi)一級筒出(chu)口粉塵(chen)(chen)濃度達 60g/m3（標(biao)），粉塵(chen)(chen)帶走熱(re)量(liang)約7.33×4.18k J/kg 熟料(liao)。改(gai)為高(gao)溫除(chu)(chu)塵(chen)(chen)器(qi)后(hou)，除(chu)(chu)塵(chen)(chen)效(xiao)率(lv)在 99.99% 以(yi)上，出(chu)口粉塵(chen)(chen)濃度在0mg/m

3以下，粉塵所(suo)帶走的熱量基本(ben)能回收進回轉窯系統(tong)。5 000t/d 水泥(ni)熟料生產線按年(nian)運轉300d計算，可(ke)以節省(sheng)標煤1 500t/年(nian)。

5 結語

文中探討的除塵(chen)技術實(shi)際(ji)正(zheng)常運行溫(wen)度并不(bu)是(shi)很高，之(zhi)所以稱之(zhi)為超高溫(wen)濾袋(dai)，主要是(shi)因為這(zhe)種濾袋(dai)本身可(ke)承受(shou)的極限溫(wen)度很高（一般(ban)可(ke)達500~800℃），用(yong)因擔(dan)心“燒袋(dai)”而采用(yong)應急(ji)降溫(wen)措施。水泥生(sheng)產過程中受(shou)高溫(wen)、高濃度粉塵(chen)影響，窯頭面臨袋(dai)除塵(chen)器(qi)“燒袋(dai)”風險(xian)和(he)余熱鍋爐磨損的問題，窯尾面臨SCR

技術應(ying)用(yong)(yong)受限的問題(ti)(ti)，采用(yong)(yong)陶瓷和(he)(he)金屬纖維(wei)濾料(liao)的高(gao)溫袋除塵技術，可高(gao)效、穩定(ding)地解決以(yi)上問題(ti)(ti)，帶來很(hen)大的經(jing)濟(ji)效益和(he)(he)社會效益。

水泥SCR.png