水泥行业脱硝面临新标准挑战 低温SCR催化剂或成关键

2016年1月1日是北京市《水泥工业大气污染物排放标准》第二阶段的实施日期。从这个时间节点开始，北京市的水泥制造企业将依照“水泥窑及窑尾余热利用系统氮氧化物排放不得超过200mg/m3“的新标准进行运行。相比此前的320mg/m3的老标准，意味者北京市的水泥制造企业将进一步针对氮氧化物排放做出减排约40%的努力。而对水泥制造企业来说，则意味者脱硝工艺路线的全新升级，由SNCR(选择性非催化还原)全面转向SCR(选择性催化还原技术)
　　原有SNCR脱硝技术难以满足水泥行业新排放标准
　　记者在与国家环境保护燃煤大气污染控制工程技术中心高翔主任的采访中了解到，作为世界水泥的主要生产国，中国在2014年的水泥产量接近25亿吨，占世界产量的一半以上。在水泥生产过程中每年排放氮氧化物约200万吨，约占全国氮氧化物工业排放量的15%左右，是继电力、汽车尾气之后的第三大氮氧化物排放源。同时，“十二五”期间，氮氧化物的排放首次被列入约束性指标体系。随着国家对于大气污染治理的力度进一步加大，对于水泥行业的排放标准也面临着进一步收紧。而北京作为全国空气污染治理的重点城市，已在这方面先行一步，将在2016年1月1日起执行水泥制造企业氮氧化物排放不得高于200mg/m3的新标准。
　　现有水泥企业脱硝基本采用SNCR(选择性非催化还原)技术，即将质量浓度25%～30%的氨水，通过雾化喷射系统直接喷入窑炉合适温度区域-旋风分离器(760~950℃)，雾化后的氨与氮氧化物(NO、NO2等混合物)进行选择性非催化还原反应，将氮氧化物转化成无污染的N2。该项技术的主要特点是脱硝装置简单、工艺成熟稳定、一次性投资降低，主要面临的课题是由于工艺局限性导致脱硝效率不高(最高约为50%)及运行费用较高(氨水消耗量较大)。在面对200mg/m3的新标准时显得力不从心。
　　SCR水泥脱硝面临机会技术难点为低温脱硝催化剂
　　选择性催化还原法(SCR)是向催化剂上游的烟气中喷入氨气或其它还原剂、利用催化剂将烟气中的氮氧化物转化为氮气和水，以达到减排目的的脱硝手段。据了解，该技术在火电行业已经得到了广泛应用，目前国内火电行业95%生产线采用SCR技术进行脱硝，同时该技术在玻璃窑炉等其它工业窑炉上也成功实现应用。
　　事实上，SCR是工业上应用最广的一种脱硝技术，以氮氧化物脱除效率高著称：理想状态下，可使氮氧化物的脱除率达90%以上，喷入到烟气中的氨几乎完全和氮氧化物反应，是目前最好的固定源脱硝治理技术。在电力行业执行氮氧化物排放值50mg/Nm3的情况下，仍可以很好的实现排放要求。然而，如此高效率的脱硝技术缘何在水泥行业应用甚少?究其原因，水泥行业复杂的工况环境和较高的一次性投入等不利因素制约了SCR技术在水泥行业的应用。
　　成本限制：采用SCR技术脱硝需要要增设装置、占用空间、投资大、运行费用较高。有资料显示，2500t/d生产线利用SCR总投资在2000万元以上，运行成本吨熟料6元左右。
　　温度限制：据了解催化剂当今最普遍应用的是多孔Ti2O5(载体)做成蜂窝状模块化，载体表面敷有起催化作用的活性成分V2O5和WO3，反应温度在280℃～400℃为佳。而在新型干法水泥生产线中，预热器出口的温度先进的已降到300℃以下，同时为贯彻国家节能降耗政策，我国2500t/d以上的生产线普遍加装余热锅炉，其排气温度在150℃左右，这也对脱硝催化剂提出了新的挑战，要能够在较低的温度下达到80%以上的脱硝效率，这对于核心技术均为日本及德国外购的国内催化剂生产商来说是个巨大的挑战。
　　金隅集团或成国内水泥SCR低温脱硝“尝鲜者”
　　针对如此大的技术难度和日趋严格的排放标准，北京金隅集团下属金隅红树林环保技术有限责任公司与中能国信(北京)科技发展有限公司一起于2014年7月开始了在水泥窑低温SCR脱硝上的探索并已取得成功，预计将于今年下半年进行工业化尝试。其间，由中能国信公司提供的与清华大学材料学院历时3年共同研发、同时也是国内首款能够满足水泥窑150℃达成脱硝效率的低温催化剂在其中起到了决定性作用。
　　记者从项目负责人北京金隅红树林环保技术有限责任公司詹永利副总经理处了解到，这次低温SCR脱硝的尝试历经8个月，整套20000风量的脱硝装置历经了水泥厂各种工况下的考验，表现一直相当稳定。130℃时平均脱硝效率达到30%以上;150℃时脱硝效率稳定在50%的水平;而在170℃时，脱硝效率则能达到最高90%，平均80%的效率。经测算，完全可满足2016年的北京水泥行业氮氧化物新标准，并可进一步降低氨水消耗量，降低整体脱硝装置运行费用。
　　而中能国信(北京)公司的总经理王晨则对记者表示，由该公司连同清华大学共同开发的低温SCR脱硝催化剂能够满足自130-380℃温度区间的多样化当氧化物减排需求，且连续运行状况十分稳定，处于国内绝对领先水平。并在2014年已于平板玻璃等行业进行了率先尝试，希望能够在2015年与金隅集团一起完成全国首条水泥窑SCR低温脱硝示范线，为北京能够“常有APEC蓝”做出贡献。