賈華平：智能化+，或使NOX超低排放白菜化
來源：徐榮 日期：2021-11-01 訪問量：4723 次
誠邀各位朋友參會
隨著國家污染防治力度的不斷加大，特別是近年來治理霧霾的壓力，以及水泥行業(yè)嚴(yán)重的產(chǎn)能過剩，各地方政府對國家的環(huán)保政策給予了積極響應(yīng)，相繼出臺了自己的特別排放值實施計劃，不但嚴(yán)格執(zhí)行了國家的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，而且因地制宜地制定了幾近苛刻的地方標(biāo)準(zhǔn)，陸續(xù)形成了超低排放概念。
2020年06月10日，生態(tài)環(huán)境部下發(fā)了《關(guān)于在疫情防控常態(tài)化前提下積極服務(wù)落實“六?！比蝿?wù)，堅決打贏打好污染防治攻堅戰(zhàn)的意見》在國家層面第一次明確了對水泥行業(yè)超低排放的要求。從“打好藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)”上升到“打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)”，一字之差彰顯著環(huán)保政策的日趨嚴(yán)苛。
一、越來越難的超低排放
今年，已有河南、安徽、河北、浙江等水泥大省，再次明確了自己的超低排放指標(biāo)，部分地區(qū)的排放指標(biāo)如下表所示，對氮氧化物的限值，有的已嚴(yán)到50mg/Nm3以下。
嚴(yán)格的要求，是以可達(dá)的技術(shù)和可及的投資為支撐的，否則就是一句空話。就超低排放控制的三個指標(biāo)“顆粒物、二氧化硫、氮氧化物”來講，覆蓋所有企業(yè)的是顆粒物、氮氧化物，二氧化硫只是原燃材料含硫高或參與協(xié)同處置的部分企業(yè)問題。在粉塵治理上，超低排放已不存在技術(shù)難題，只是一個重視程度和環(huán)保投資問題；關(guān)于SO2的排放，水泥窯本身就是很好的脫硫工藝，總體上也不是難題，只要給予一定的投入，采用相應(yīng)的脫硫措施，還是能夠?qū)崿F(xiàn)的，無非是一次性投資和運行成本問題。
水泥行業(yè)超低排放的最大難題是NOX，特別是含塵濃度與溫度窗口的平衡問題，這與行業(yè)特點有關(guān)，僅管在各關(guān)聯(lián)單位的共同努力下，目前已成型了多種脫硝措施，但都依然不盡理想。
在很大的壓力面前，多數(shù)人不太冷靜，容易產(chǎn)生“寧肯花大錢也要一次到位、一勞永逸” 的“情緒投資” ，但我只能遺憾的提醒大家：目前的脫硝技術(shù)還不成熟，包括SCR還都是過渡措施！
二、SCR不是脫硝的終極措施
僅管SCR是目前效率最高的脫硝措施，但我們必須清醒的意識到它還存在一系列問題：
（1）SCR不僅投資巨大，
（2）SCR不僅運行成本高，
（3）而且會催化硫酸氫銨的生成，危害除塵和發(fā)電系統(tǒng)，
（4）而且其脫硝催化劑已被國家列入劇毒危廢，
（5）而且依然采用噴氨脫硝，氨逃逸的危害在所難免！
SCR依然不是水泥行業(yè)成熟的、理想的脫硝措施，從長遠(yuǎn)看，理想的脫硝措施是無氨、無危廢催化劑，所以，SCR依然是水泥窯脫硝的一項過度技術(shù)。
南方某公司5000tpd線的SCR項目，在控制NOX排放80mg/Nm3的情況下，改造前的SNCR噴氨1500L/h左右，改造后SNCR降到了1000L/h左右，但SCR噴氨波動在400-600L/h之間，而且運行不太穩(wěn)定。
北方某公司5000tpd線的SCR項目，在控制NOX排放80mg/Nm3的情況下，改造前的SNCR與改造后SNCR+SCR對比：氨水消耗量：由6kg/t熟料降到了4-5 kg/t熟料，高溫風(fēng)機電耗：增加了4kwh/t熟料左右，余熱系統(tǒng)發(fā)電量：降低了1 kwh/t熟料左右。這還只是早期的運行情況，隨著時間推移，脫硝效率會不會進(jìn)一步降低？系統(tǒng)阻力會不會進(jìn)一步增大？鍋爐清灰會不會進(jìn)一步更難？
所以說：SCR依然不是水泥行業(yè)成熟的、理想的脫硝措施，理想的脫硝措施應(yīng)該是：無氨、無危廢催化劑，SCR依然是水泥窯脫硝的一項“過度” 技術(shù)，至少可以說：不成熟的SCR，是一項“過度” 技術(shù)。如果是“過度” 技術(shù)，在滿足當(dāng)前環(huán)保要求的情況下，就不該不惜血本的往里砸錢。
三、聽聽生態(tài)環(huán)境部的意見
那么，水泥行業(yè)的脫硝出路到底在哪里？我們眼前的路子應(yīng)該怎么走？2021年04月30日，生態(tài)環(huán)境部大氣環(huán)境司副司長吳險峰給出了一個中肯的指導(dǎo)意見：
吳險峰強調(diào)，要統(tǒng)籌考慮行業(yè)的發(fā)展水平、對環(huán)境質(zhì)量的影響、技術(shù)的可達(dá)性、投資的可及性等，明確提出：不支持進(jìn)一步“超超低”排放要求。超低排放是一項系統(tǒng)工程，需要巨額的資金投入，需要成熟的技術(shù)關(guān)聯(lián)，還要考慮除塵、脫硫，特別是與低碳生產(chǎn)的協(xié)同問題。（是的，這幾方面能不能關(guān)聯(lián)起來綜合考慮，有可能降低投資和運行成本）
吳險峰指出，對于水泥行業(yè)而言，可以采取低氮燃燒器、加大分解爐還原區(qū)、分解爐分煤分風(fēng)的分級燃燒等工藝過程控制措施，減少氮氧化物產(chǎn)生，在末端增設(shè)高效脫硝裝置。（是的，大投資的高效措施應(yīng)該往后放一放）
吳險峰忠告，要嚴(yán)格控制氨逃逸，杜絕為降低氮氧化物排放過度噴氨。電力行業(yè)在脫硫、脫硝、除塵的開始時期，走過不少彎路，推倒重來、反復(fù)投資的案例不少，水泥行業(yè)要汲取這些教訓(xùn)，“不允許把改造工程當(dāng)成大規(guī)模的實驗田”。
那么，有沒有一種投資小、管理維護(hù)簡單、不存在氨逃逸，又不使用有毒催化劑的超低排放措施呢？答案是明確的：有！昆明理工大學(xué)的低溫?zé)删褪瞧湟?，但技術(shù)上還很不成熟；南京工業(yè)大學(xué)的稀土脫硝劑就是其二，只是運行成本尚高。
還有，智能化是第四次工業(yè)革命的主體，受到了各國、各級政府、各個行業(yè)的高度重視，也是水泥行業(yè)不得不走的發(fā)展道路。那么，這個“萬能的智能化” ，哪怕作為過渡技術(shù)，能否在NOX超低排放上有所貢獻(xiàn)呢？君不見，幾百萬的SNCR效果，已經(jīng)被幾十萬的分級燃燒取代；有可能，動輒投資幾千萬的“SCR過渡” ，或被只需幾百萬的“智能化+過度”取而代之！
四、誰能使NOX超低排放投資可及？
對于5000t/d規(guī)模的水泥窯，NOX要達(dá)到50mg/Nm3以下的超低排放，目前采用SCR的投資在5000萬元左右，“智能化+”能不能將同等效果的投資降到幾百萬元呢？有這種可能嘛？有句廣告詞叫“心有多大，舞臺就有多大！”開國領(lǐng)袖毛澤東說“世上無難事，只要肯登攀！”
重慶川儀公司（水泥行業(yè)習(xí)慣稱：川分），就大膽的做了這方面的嘗試，結(jié)果不負(fù)眾望！他們聯(lián)合中科院川儀院士工作站，通過對水泥窯系統(tǒng)深入研究分析后，采用智能化+SNCR，成功開發(fā)出水泥窯智能精準(zhǔn)噴氨HSNCR脫硝技術(shù)，讓我們看到了希望。
目前，水泥窯的SNCR空間上設(shè)在分解爐（和或C5出口），然而分解爐的溫度場不是均勻分布的、而且不是固定不變的。噴氨脫硝有一個溫度窗口，在窗口以外的噴氨不但是無效的，而且會造成氨逃逸、形成氨污染，這就是造成SNCR脫硝效率不高、氨逃逸較大的根本原因。因此，智能控制精準(zhǔn)噴氨，就成為提高SNCR效率的有效措施。
其原理主要是：采用分層級安裝可獨立控制的噴槍組，利用智能實時優(yōu)化控制系統(tǒng)對NOx的分布進(jìn)行預(yù)測，對生產(chǎn)工況的變化實時跟隨，根據(jù)工況及時調(diào)整并分別控制氨水的噴射位置及噴射量，從而達(dá)到提高脫硝效率、減少氨水用量、降低氨逃逸的目的。水泥窯HSNCR智能精準(zhǔn)噴氨脫硝系統(tǒng)，就是在合適的溫度窗口，針對性在最佳的位置、以最佳的噴量精準(zhǔn)的噴入還原劑，在高效脫除NOx的同時也降低了還原劑消耗、減少了氨逃逸。
該公司以川儀院士工作站為依托，根據(jù)水泥窯分解爐、預(yù)熱器的工況特性，在水泥行業(yè)專家的協(xié)助下，建立了1:1熱態(tài)模型，利用仿真技術(shù)對分解爐及預(yù)熱器內(nèi)部的壓力場、溫度場、料流場，以及O2、CO、CO2、NOX等的分布進(jìn)行了云計算分析，建立了熱態(tài)追蹤云圖。
由此，可以根據(jù)云圖分析數(shù)據(jù)，選用合適的專用噴槍，針對性、精準(zhǔn)性在適合的位置以適合的量噴入還原劑（氨水、尿素溶液）；以熱態(tài)模型參數(shù)為基礎(chǔ)開發(fā)出智能控制系統(tǒng)，隨著爐窯工況的波動，及時預(yù)判、迅速響應(yīng)，最終使NOx排放穩(wěn)定控制在了100mg/Nm3以下，且在NOx同等排放值的前提下節(jié)約了30%以上的還原劑耗量。川儀公司的分解爐、預(yù)熱器NOx熱態(tài)追蹤模擬如下圖所示：
五、經(jīng)得起檢驗的智能化+
川儀公司的HSNCR智能精準(zhǔn)噴氨脫硝系統(tǒng)，采用模塊化集成設(shè)計、制作、安裝，其結(jié)構(gòu)主要包含高揚程輸送模塊、計量分配模塊、噴射模塊、智能化控制模塊。一個月前，已在6條水泥窯上成功使用，根據(jù)當(dāng)?shù)氐沫h(huán)保要求，目前都能穩(wěn)定運行在100mg/Nm3以下；經(jīng)現(xiàn)場短期驗證，如果需要，只要稍加氨水噴入量都能穩(wěn)定運行在50mg/Nm3以下、氨逃逸達(dá)標(biāo)。實踐證明，該系統(tǒng)不僅價廉物美、運行可靠，而且管理維護(hù)簡單、能穩(wěn)定實現(xiàn)超低排放。目前的在用情況詳見下表：
正在大家歡欣鼓舞之際，卻出現(xiàn)了一個難題：
廣德洪山某公司標(biāo)稱4500t/d的水泥窯，實際產(chǎn)能卻達(dá)到了7200t/d，而且低于7000t/d運行f CaO就難以控制。改造前原有SNCR排放控制NOx＜100mg/Nm3時，氨水消耗為1300L/h，且排放指標(biāo)不穩(wěn)定，經(jīng)常超標(biāo)；采用川儀公司智能化+HSNCR改造后，可實現(xiàn)NOx＜80mg/Nm3穩(wěn)定運行，而且氨水消耗量也降到720L/h，但無論如何就是降不到NOx＜50mg/Nm3以下。其中控操作畫面截圖如下：
雖然該生產(chǎn)線已經(jīng)達(dá)到了當(dāng)?shù)氐沫h(huán)保要求，但卻未能實現(xiàn)川儀公司的內(nèi)控目標(biāo)：智能精準(zhǔn)噴氨對所有水泥窯都能實現(xiàn)NOx＜50mg/Nm3的穩(wěn)定運行。為什么這條窯只能超高產(chǎn)運行？為什么CO出奇的高且工況正常？為什么低產(chǎn)運行反而導(dǎo)致f CaO難以控制？CO濃度高了會降低SNCR的反應(yīng)效率。因為SNCR的脫硝氧化需要消耗OH—，而CO的氧化同樣需要OH—，也就是說：CO的存在會與SNCR脫硝爭奪反應(yīng)資源。一般來說CO濃度越高，SNCR效率越低。
川儀公司拿出自己的渾身解數(shù)，調(diào)集了水泥行業(yè)的工藝專家，對這條窯的特殊情況進(jìn)行了詳細(xì)分析，找出了其工藝設(shè)計的特殊性、分析了這種“特殊”對燃燒工況的影響，然后又針對這條特殊的水泥窯再次進(jìn)行了仿真模擬、調(diào)整了智控邏輯，最終實現(xiàn)了 NOx＜50mg/Nm3 穩(wěn)定運行的內(nèi)控目標(biāo)。調(diào)整后的中控操作畫面截圖如下：
至此，采用川儀公司HSNCR智能精準(zhǔn)噴氨技術(shù)改造的所有7條水泥窯生產(chǎn)線，全部實現(xiàn)NOx＜50mg/Nm3穩(wěn)定運行的內(nèi)控目標(biāo)！為水泥行業(yè)趟出了一條——“白菜價”超低排放的脫硝路線！
