氧化鎂輕燒窯超低排放技術(shù)探討
一 前言
中國(guó)鎂礦資源豐富，主要分布在遼寧地區(qū)和山東地區(qū)，品位高，雜質(zhì)少。以菱鎂礦為原料，以煤氣或煤炭為燃料在700~1000℃燒成的氧化鎂為輕燒氧化鎂。輕燒氧化鎂是一種重要的無(wú)機(jī)化工產(chǎn)品，主要用于制造膠凝材料，如含鎂水泥、絕熱和隔音的建筑材料，也可做陶瓷原料；將輕燒鎂進(jìn)行化學(xué)處理后，可以制成多種鎂鹽，用作醫(yī)藥、橡膠、人造纖維、造紙等方面的原料。但是，在生產(chǎn)輕燒氧化鎂的過(guò)程中經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生含有大量顆粒物和氮氧化物的煙氣，對(duì)環(huán)境造成很大的危害。而且隨著鎂質(zhì)材料行業(yè)迅速發(fā)展，氧化鎂輕燒窯日益增多，煙氣污染也越來(lái)越嚴(yán)重。遼寧省地方標(biāo)準(zhǔn)DB21/3011-2018《鎂制耐火材料工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定2021年1月1日期起輕燒窯的顆粒物、二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOx）的排放限值分為由50、100、200mg/m3修改為30、50、100mg/m3。隨著環(huán)保要求越來(lái)越嚴(yán)格，采用高效設(shè)備及技術(shù)對(duì)輕燒窯煙氣進(jìn)行治理已迫在眉睫。
二 輕燒窯煙氣特點(diǎn)
（1）輕燒窯出口煙氣溫度低且波動(dòng)大，100~250℃。
（2）NOx含量100~500mg/m3。
（3）SO2含量較低，一般不高于300mg/m3；部分輕燒窯SO2排放濃度低于50mg/m3。
（4）輕燒窯已采用布袋除塵，除塵后顆粒物濃度滿(mǎn)足排放要求。
（5）氧含量高，濕度大。
三 輕燒窯煙氣超低排放技術(shù)路線
根據(jù)輕燒窯的煙氣特點(diǎn)，結(jié)合近年來(lái)脫硫脫硝技術(shù)在各行業(yè)的推廣應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，可用于輕燒窯的工藝路線有兩種：（1）脫硫前脫硝—布袋除塵+中溫SCR脫硝+濕法脫硫；（2）脫硫后脫硝—SDS干法脫硫除塵+低溫SCR脫硝。兩種工藝路線的對(duì)比如下：
首先，輕燒窯煙氣溫度低且波動(dòng)大，如采用中溫SCR脫硝，需要設(shè)置熱風(fēng)爐和GGH換熱器將煙氣溫度升高到280℃以上。氧化鎂廠可利用的燃料氣一般只有天然氣，天然氣單價(jià)約2.6元/m3。以一臺(tái)10000m3/h的輕燒窯煙氣為例，煙氣溫度每升高10℃，僅天然氣消耗一項(xiàng)，年運(yùn)行成本增加約10萬(wàn)元/年。在實(shí)際應(yīng)用中，采用中溫SCR，熱風(fēng)爐對(duì)煙氣升溫的幅度不低于30℃，天然氣消耗成本不低于30萬(wàn)元/年。而采用150℃的低溫SCR，熱風(fēng)爐僅在煙氣溫度低于150℃時(shí)使用，天然氣消耗大幅降低；同時(shí)，由于僅需間歇性對(duì)煙氣進(jìn)行加熱，無(wú)需設(shè)置GGH換熱器，減少系統(tǒng)投資。
其次，輕燒窯煙氣二氧化硫含量較低，采用SDS干法脫硫即可達(dá)標(biāo)排放。SDS脫硫溫降低，不會(huì)引起天然氣消耗的明顯增加。同時(shí)，SDS法的脫硫劑以干粉形式直接噴入煙道中，不需要設(shè)置制漿系統(tǒng)和脫硫塔，且沒(méi)有廢水產(chǎn)生，投資成本和運(yùn)行成本均比濕法脫硫低。
最后，脫硫后脫硝——SDS干法脫硫除塵+低溫SCR脫硝工藝不需要設(shè)置GGH和脫硫塔，系統(tǒng)阻力比脫硫前脫硝工藝低2000Pa以上，因此引風(fēng)機(jī)功耗明顯降低。以一臺(tái)10000m3/h的輕燒窯煙氣為例，引風(fēng)機(jī)功耗可降低約15萬(wàn)元/年。
綜上所述，輕燒窯煙氣治理推薦采用“SDS干法脫硫除塵+低溫SCR脫硝”的工藝路線。
四 華電光大低溫脫硝催化劑介紹
作為國(guó)內(nèi)首家也是唯一一家完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的SCR平板式催化劑公司，北京華電光大環(huán)境股份有限公司依托華北電力大學(xué)生物質(zhì)發(fā)電成套設(shè)備國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室多年來(lái)在煙氣環(huán)保領(lǐng)域方面的研發(fā)成果，本著“技術(shù)為根、誠(chéng)信為本、節(jié)能環(huán)保、利國(guó)利民”的經(jīng)營(yíng)理念，建成板式催化劑生產(chǎn)線，產(chǎn)能達(dá)到30000立方米/年。目前主營(yíng)的催化劑有“高溫、中溫、寬溫、低溫”全溫區(qū)系列和“抗堿金屬、抗砷中毒、超強(qiáng)耐磨”等特種催化劑，并已成功應(yīng)用在火電廠、氧化鋁焙燒、焦化、鋼鐵、化工等多個(gè)行業(yè)中。2019年，華電光大參與完成的《新型多溫區(qū)SCR脫硝催化劑與低能耗脫硝技術(shù)及應(yīng)用》榮獲國(guó)家科學(xué)進(jìn)步二等獎(jiǎng)和教育部科學(xué)技術(shù)進(jìn)步一等獎(jiǎng)。
華電光大低溫脫硝催化劑適用范圍廣，經(jīng)過(guò)半工業(yè)化試驗(yàn)驗(yàn)證，在150~280℃溫度區(qū)間內(nèi)具有良好的脫硝活性。同時(shí)抗堿金屬中毒能力強(qiáng)；SO2轉(zhuǎn)化率低，硫銨鹽生成量少；抗堵塞能力強(qiáng)；需用反應(yīng)器體積小，初投資少。華電光大可針對(duì)客戶(hù)所提供的煙氣參數(shù)量身定制最佳催化劑方案。
目前，華電光大低溫催化劑已在數(shù)十個(gè)項(xiàng)目中取得成功應(yīng)用。其中，太鋼三燒超低排放改造工程中，脫硝催化劑運(yùn)行溫度150℃，自2020年1月22日投運(yùn)以來(lái)，運(yùn)行良好，脫硝出口NOx濃度穩(wěn)定在30mg/m3以下，完全滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。
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