水泥行业烟气多种污染物“超低排放” 整体解决方案

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1 水泥行业烟气多种污染物“超低排放” 整体解决方案
江苏科行环保集团 2015年3月28日

2 目 录 1.前言 2.水泥行业“超低排放”目标 3.水泥窑烟气脱硝技术 4.水泥窑电除尘器改造技术 5.水泥窑烟气脱硫技术 6.结束语
目 录 1.前言 2.水泥行业“超低排放”目标 3.水泥窑烟气脱硝技术 4.水泥窑电除尘器改造技术 5.水泥窑烟气脱硫技术 6.结束语 科技领先 行业领跑

3 1. 前言 江苏科行集团自1997年创业以来，立足水泥行业，积极向玻璃、陶器等行业进军，在建材行业内迅速推出耐高温电除尘器，SCR、SNCR脱硝，袋式除尘器、湿式除污器、电袋复合除尘，湿法及半干法脱硫等新技术。未来科行将继续立足于建材行业，尤其注重PM2.5、深度脱硫脱硝、超低排放、CO2捕集与利用等前沿技术的研发及产业化。 下面仅就水泥行业烟气超低排放技术做一些重点介绍。 科技领先 行业领跑

4 2. 水泥行业“超低排放”目标 水泥行业污染物“超低排放”目标值 (mg/Nm3) 科技领先 行业领跑

5 3. 水泥窑烟气脱硝技术 水泥窑SNCR脱硝技术 “水泥窑SNCR烟气脱硝技术”成果鉴定证书 由工信部2013年组织的鉴定
项目调研及小试阶段 项目中试阶段 年为示范工程建设阶段 科技领先 行业领跑

6 3.水泥窑烟气脱硝技术 水泥窑SNCR脱硝技术 “水泥行业全国第一个脱硝工程”陕西声威建材集2500t/d生产线SNCR
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7 陕西声威2500t/d水泥窑脱硝运行前后NOx浓度变化曲线
3.水泥窑烟气脱硝技术 水泥行业第一个脱硝工程”陕西声威建材集团 2500t/d生产线SNC 脱硝投运 脱硝停运 脱硝停运 800mg/Nm3 320mg/Nm3 陕西声威2500t/d水泥窑脱硝运行前后NOx浓度变化曲线 日期： 时间：22:18～23:18 科技领先 行业领跑

8 3.水泥窑烟气脱硝技术 采用低NOx燃烧器：就是一次风量低的燃烧器，可选用一次风量在5%-6%之间；
水泥窑低氮燃烧技术 采用低NOx燃烧器：就是一次风量低的燃烧器，可选用一次风量在5%-6%之间； 分解炉空气分级燃烧：分出一部分三次风管高温气体去分解炉中部，使分解炉喷煤管处燃烧在缺氧状况下进行（理论计算此处过剩空气系数α在0.8左右）； 分解炉燃料分级燃烧：燃料分级燃烧是指在烟室和分解炉之间建立还原燃烧区，将原分解炉用燃料的一部分均布到该区域内，使其缺氧燃烧产生还原剂； 优化操作：非常重要，不论采用何种分级燃烧，只要窑尾烟室O2大于3%，都无效果； 配料调整：如有可能，在满足熟料强度基础上，尽量配制合适石灰饱和系数（KH）及低硅率（SM）原料配比。 科技领先 行业领跑

9 3.水泥窑烟气脱硝技术 已有空气分级燃烧系统如何恢复使用
恢复前假如主要指标：窑尾烟室废气温度大于1100℃，O2含量大于3%，分解炉出口温度大于900℃，C5出口温度大于850℃。 恢复步骤： 改变操作方法，回转窑内空气过量系数尽量低，保证窑尾烟室O2含量小于3%（最好在1~2%之间是操作的重点）； 以每小时20%的开度开启空气分级风阀闸门，在烧成系统正常情况下，直至100%开度。 徐舍南方水泥 科技领先 行业领跑

10 3.水泥窑烟气脱硝技术 截止目前，水泥窑脱硝项目业绩共有252条，其中空气分级燃烧14条。 水泥窑SNCR脱硝项目主要业绩 序号 单位名称
规模 技术方案 原始NOX浓度 脱硝效率 还原剂 状态 1 陕西声威建材 2*2500t/d SNCR 760mg/Nm3 60% 尿素/氨水 投运 2 宁夏平罗恒达 2500t/d 800 mg/Nm3 氨水 3 顺平金强水泥 5000t/d 4 河北金隆水泥 760 mg/Nm3 5 唐山燕东水泥 4000t/d 900 mg/Nm3 6 鹿泉曲寨水泥 1100 mg/Nm3 70% 7 漳平红狮水泥 850 mg/Nm3 53% 8 北京太行前景水泥 3200t/d 750 mg/Nm3 9 山东沂洲水泥 65% 10 贵州凯里瑞安 11 云南昆钢嘉华 空气分级+SNCR 12 国产实业（福建）水泥 13 辽宁大连天瑞水泥 2*5000t/d 截止目前，水泥窑脱硝项目业绩共有252条，其中空气分级燃烧14条。 科技领先 行业领跑

11 3.水泥窑烟气脱硝技术 水泥窑SNCR+SCR联合脱硝技术
苏州东吴水泥2500t/d水泥窑SNCR+SCR脱硝中试项目 苏州东吴水泥有限公司于2012年6月在香港主板上市。公司建有一条2500t/d水泥生产线，目前使用的SNCR脱硝装置，由科行集团建设，氮氧化物排放浓度小于320mg/Nm3，符合国家新标准。 中试项目采用选择性催化技术，采用高尘布置，催化剂为5层，每个催化剂尺寸为1026×1930mm，总体积为17.01m3，处理风量为20000Nm3/h（工况处理风量为46800m3/h)，SCR理论设计脱硝效率为：如NOx进口浓度为800mg/Nm3时，则NOx出口浓度为150mg/Nm3，脱硝效率可达81.25%，如采用SNCR-SCR联合脱硝，则脱硝总效率达90%以上。 科技领先 行业领跑

12 3.水泥窑烟气脱硝技术 苏州东吴水泥2500t/d水泥窑SNCR+SCR脱硝中试项目 科技领先 行业领跑

13 “电改袋式除尘器高效低阻技术的开发和应用”成果鉴定证书
4.水泥窑电除尘器改造技术 “电改袋式除尘器高效低阻技术的开发和应用”成果鉴定证书 由中国建材联合会2013年组织的鉴定 项目调研及小试阶段 项目中试阶段 年为示范工程建设阶段 科技领先 行业领跑

14 4.水泥窑电除尘器改造技术 北京琉璃河水泥有限公司1#（2#）线窑头电除尘改造(2500t/d) 增设气流均风装置。
采用CFB流场模拟，合理控制气流上升速度、阀口风速、净气室风速，均匀分布气体流量。 保证除尘器运行阻力小于1000Pa。 CFD流场模拟试验图----流场分布 CFD流场模拟试验图----内流线分布 科技领先 行业领跑

15 4.水泥窑电除尘器改造技术 北京琉璃河水泥有限公司1#（2#）线窑头电除尘改造(2500t/d)
喷吹管喷吹技术先进，清灰彻底。 喷吹管安装使用定位器定位，有效的保证了喷吹孔与花板孔的同轴度。 采用限位板及定位销，保证二次安装时与花板孔同心度。 获得专利：脉冲喷吹孔与花板孔对中安装检测工具 喷吹管定位器 喷吹管喷口尺寸通过气体流场模拟试验和计算确定，保证喷管上各喷口同一时间喷吹量相等。 动压力 静压力 科技领先 行业领跑

16 4.水泥窑电除尘器改造技术 北京琉璃河水泥有限公司1#（2#）线窑头电除尘改造(2500t/d) 滤袋框架上口带引流套管 上口带引流套管。
分节式结构，可靠卡环联接，操作简洁方便。 获得专利：滤袋框架的弹性限位卡盘 专利号： 科技领先 行业领跑

17 4.水泥窑电除尘器改造技术 北京琉璃河水泥有限公司1#（2#）线窑头电除尘改造(2500t/d) 壳体采用折板结构:
采用先进的滚压成型机压制成型 表面无需焊接加强筋 钢板抗折强度高。 脉冲阀防雨罩 保温铁丝 保温铁丝在出厂前已焊在除尘器壳体的外表面。 减少了现场的保温工作量； 避免伤害壳体表面油漆。 科技领先 行业领跑

18 4.水泥窑电除尘器改造技术 北京琉璃河水泥有限公司1#（2#）线窑头电除尘改造(2500t/d) 上箱体模块化设计 现场安装便捷
加工质量有保证 采用自动喷砂及抛丸机除锈 钢结构表面除锈等级达到Sa2.5 防腐要求高 科技领先 行业领跑

19 4.水泥窑电除尘器改造技术 主要性能参数指标 北京琉璃河水泥有限公司1#（2#）线窑头电除尘改造(2500t/d)
袋除尘器型号：KDM150-2×4/165-2×2 处理烟气量： （400000） m3/h 最高允许烟气温度 ：250℃ 设计过滤风速：0.98 m/min 入口含尘浓度：≤30 g/m3 出口含尘浓度：4.0 mg/Nm3 （实测） 收尘器阻力： 650 Pa 滤袋规格： φ160×8000mm 改造工期： 12天 投运时间： 年9月 科技领先 行业领跑

20 4.水泥窑电除尘器改造技术 北京琉璃河水泥有限公司1#（2#）线窑头电除尘改造检测数据报告单
1#与2#线窑头颗粒物排放浓度都为4.0 mg/Nm3 科技领先 行业领跑

21 4.水泥窑电除尘器改造技术 科行袋除尘器获得的专利(1) 脉冲喷吹孔与花板孔对中安装检测工具 袋式除尘器检修门的移动式开启机构
脉冲袋式除尘器的滤袋垂直悬挂装置 电袋复合除尘器 科技领先 行业领跑

22 4.水泥窑电除尘器改造技术 科行袋除尘器获得的专利(2) 脉冲袋式除尘器的滤袋防磨机构 脉冲袋式除尘器滤袋固定装置
脉冲袋式除尘器的分气箱制作工具 袋式除尘器的落袋装置 科技领先 行业领跑

23 4.水泥窑电除尘器改造技术 “电改袋” 项目主要业绩 截止目前，电改袋业绩共82个。 序号 设备使用厂家 种 类 生产线规模 数量 备注 1
国产实业（福建）水泥有限公司 窑尾电改袋 5000t/d 达标运行 2 兰州甘草环保建材股份有限公司 窑头电改袋 2000t/d 3 江南小野田水泥有限公司 窑头窑尾电改袋 4 唐山冀东启新水泥有限责任公司 5 冀东集团唐山公司二分厂 6 冀东水泥滦县有限责任公司 2500t/d 7 冀东水泥丰润有限责任公司 8 鲁南中联水泥有限公司1#线 9 鲁南中联水泥有限公司2#线 截止目前，电改袋业绩共82个。 科技领先 行业领跑

24 5. 水泥窑烟气脱硫技术 水泥窑烟气SO2排放状况
水泥工业废气中的SO2，主要来源于水泥原料或燃料中的含硫化合物，及在高温氧化条件下生成的硫氧化物。由于在水泥回转窑内存在充足的钙和一定量的钾钠，所形成的硫酸盐挥发性较差、有90％以上残留在熟料中，因而在废气中排放的SO2和其它工业窑炉（如电力锅炉）相比要少许多。 在2013年新标准修订的抽样调查，共获得153个有效的水泥窑SO2排放样本，平均排放浓度59.6mg/m3。 科技领先 行业领跑

25 5. 水泥窑烟气脱硫技术 水泥窑烟气SO2排放状况 水泥窑SO2排放浓度累积分布 水泥窑SO2排放统计表 www.cncohen.com
比例 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% 浓度（mg/m3） 4.6 10.5 15.0 18.8 30.3 43 65 119 178 310 水泥窑SO2排放统计表 统计项目 标准修订抽样 2003年抽样 中国建材院2009年数据 欧盟2004年监测数据 水泥窑数量 153 40 31 253 平均排放浓度（mg/m3） 59.6 159.2 35.52 218.9 最大值（mg/m3） 310 520 391 4837 最小值（mg/m3） 0.25 10 科技领先 行业领跑

26 5. 水泥窑烟气脱硫技术 水泥窑硫的引入和存在形态 原料硫
水泥生产所用原料中的硫化物大部分为黄铁矿和白铁矿(两者均为FeS2)，还有一些单硫化物(如FeS)。会在 ℃发生氧化生成S02气体，主要发生在第二级旋风筒。 燃料硫 燃料中的硫的存在形式和原料中的一样，燃料在分解炉或者回转窑燃烧，而分解炉存在大量的活性Ca0，同时分解炉的温度正是脱硫反应发生的最佳范围，因此烧成带产生的S02气体可以在分解炉被Ca0吸收或者在过渡带和烧成带与碱结合生成硫酸盐。 但是以下这些情况下会出现例外： 1)燃料的燃烧是在还原状况下进行的； 2)生料易烧性很差，烧成带温度被提得很高； 3)硫碱比明显偏高。 科技领先 行业领跑

27 5. 水泥窑烟气脱硫技术 水泥窑烟气脱硫方案的选择 水泥生产线降低S02排放的措施主要分为三类： 水泥生产线自身的S02脱除；
改变水泥生产工艺； 采取额外的S02脱除技术。 科技领先 行业领跑

28 5. 水泥窑烟气脱硫技术 水泥生产线自身的S02脱除
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29 5. 水泥窑烟气脱硫技术 水泥生产线自身的S02脱除
C1~C2旋风筒段生料中的硫化物（FeS2或FeS)，在 ℃发生氧化生成S02气体。 C1~C3旋风筒段Ca0和Ca(OH)2含量较低，又没有新鲜的CaCO3表面产生，湿度和温度较低，这几方面综合作用的结果是，预热器的C1~C3旋风筒( ℃)的脱硫效率很低。 煤粉燃烧产生SO2，由于分解炉里有大量的活性较高的Ca0很容易和S02发生反应。 旋风筒C4~C5温度范围在800—950℃，脱硫反应在这里可以很好地进行。 科技领先 行业领跑

30 5. 水泥窑烟气脱硫技术 水泥生产线各工艺的脱硫作用 生料磨
生料磨中石灰石(CaC03)持续产生新鲜表面，同时粉料有较长的停留时间；另外立磨中气体温度通常已经降到200℃以下，因此相对湿度较高。生料立磨中硫的脱除率超过50%，其脱硫产物是Ca(HS03)2，入窑后会被氧化生成H2S02和CaS02。 除尘器 袋除尘器的脱硫效果要好于电除尘器。这是由于袋除尘器的滤袋表面捕集的碱性物质与试图通过滤袋的酸性物质结合成盐类，从而降低了酸性气体的浓度。 科技领先 行业领跑

31 5. 水泥窑烟气脱硫技术 改变水泥生产工艺 从工艺角度来讲，控制烧成带的C0、CO2含量及火焰形状有利于降低S02排放；
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32 5. 水泥窑烟气脱硫技术 采取额外的S02脱除技术 以下是国外资料的报道： 干反应剂喷注法
Ca(OH)2 以下是国外资料的报道： 干反应剂喷注法 （1）将熟石灰喷入最上面两级旋风筒之间的连接管道，钙硫比在2.5和4的情况下，脱硫效率可以分别达到50%和70%。 （2）将干的Ca(OH)2喂入最上面两级旋风筒之间的连接管道和出顶级预热器后的废气管道，钙硫比在40～50之间，脱硫效率在55%～65%之间 Ca(OH)2 科技领先 行业领跑

33 5. 水泥窑烟气脱硫技术 采取额外的S02脱除技术 以下是国外资料的报道： 热生料喷注法
（1）热生料喷注法是指将已分解生料喂入预热器系统适当位置。从分解炉出口引出一部分废气进入旋风除尘器，然后将收集下的粉尘喂入上面两级旋风筒之间的废气管道。热生料中包含大量的活性Ca0，在钙硫比为5-6的情况下，脱硫效率可以达到25%～30%。 （2）将窑尾下料处已分解生料喂入上面两级旋风筒之间的连接管道或者喂入出顶级预热器后的废气管道，钙硫比在30左右，脱硫效率分别可以达到30%和40%。 科技领先 行业领跑

34 5. 水泥窑烟气脱硫技术 采取额外的S02脱除技术 以下是国外资料的报道： 喷雾干燥脱硫法
喷雾干燥脱硫法是一种湿法与干法相结合的脱硫方法，石灰消化后形成的浆液由喷雾装置喷入吸收塔，被雾化成细小液滴的脱硫剂与烟气中的S02发生化学反应，从而脱除烟气中的S02。脱硫效率大于50%，该技术目前在中国无法实施，原因是基本所有生产线都安装了余热锅炉，增湿塔为旁路。 石灰水 增湿塔 科技领先 行业领跑

35 5. 水泥窑烟气脱硫技术 采取额外的S02脱除技术 湿式脱硫法
湿式脱硫法已广泛应用于很多行业像电力、冶金行业。国内电力行业脱硫装置90%采用此方法，目前国外有多家水泥厂也采取了该方法。脱硫效率可以达到95%以上。 湿法脱硫分为以下几种： 石灰法 氧化镁法 石灰石法 双碱法 锅炉及炉窑湿法烟气脱硫工程技术规范HJ462 科技领先 行业领跑

36 5. 水泥窑烟气脱硫技术 典型案例介绍--宜兴金墅水泥2500t/d水泥窑烟气脱硫方案（石灰石-石膏法）
进入脱硫塔烟气量48000m3/h； 进入脱硫塔SO2浓度2500mg/Nm3； 出脱硫塔SO2浓度≤100mg/Nm3； 脱硫效率≥96%； 除尘效率≥50% 石灰石粉消耗量1385kg/h； 石膏生成量2269kg/h； 系统水耗量11.3t/h； 科技领先 行业领跑

37 5. 水泥窑烟气脱硫技术 宜兴金墅水泥2500t/d水泥窑烟气脱硫方案 石膏脱水楼 脱硫塔 事故浆液池 原废气风机 石灰石粉仓
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38 5. 水泥窑烟气脱硫技术 宜兴金墅水泥2500t/d水泥窑烟气脱硫方案 液气比16.19； 脱硫塔直径6.7m；
当进入脱硫塔SO2浓度为1500mg/Nm3时，只需要开2层喷淋，这时液气比为10.8； 科技领先 行业领跑

39 5. 水泥窑烟气脱硫技术 宜兴金墅水泥2500t/d水泥窑烟气脱硫方案 石膏脱水楼： 采用旋流器+真空皮带过滤机脱水，石膏含水≤15%。
脱硫剂要求： 石灰石中CaCO3≥90%； 细度：90%为45um以下。 科技领先 行业领跑

40 5. 水泥窑烟气脱硫技术 宜兴金墅水泥2500t/d水泥窑烟气脱硫方案 水泥工厂脱硫剂选择探索：
当采用石灰石粉CaO≥50%时，理论计算石膏纯度为≥89.58%； 当除尘器回灰时， 如回灰里CaO=40%时，理论计算石膏纯度为77.26%。 采用窑灰作为脱硫剂，理论计算是可行，但石膏杂质较高，副产品石膏有可能脱水效果差，但生产费用低，如未来通过生产实践证实可行，可以在水泥工厂推广使用。 科技领先 行业领跑

41 5. 水泥窑烟气脱硫技术 宜兴金墅水泥2500t/d水泥窑烟气脱硫年运行费用计算 熟料脱硫成本4.45元/吨；
扣除副产品石膏附加值后熟料脱硫成本2.42元/吨； 加废气风机增压电耗后熟料脱硫成本3.75元/吨； 科技领先 行业领跑

42 5. 水泥窑烟气脱硫技术 水泥窑烟气污染物不达标技术方案建议
重点地区，对窑尾采用电收尘器，如SO2排放浓度为大于500mg/Nm3，粉尘排放浓度小于40mg/Nm3，建议不需要电改袋，直接采用湿法脱硫皆可达标排放； 重点地区，对窑尾采用电收尘器，如SO2排放浓度为大于500mg/Nm3，粉尘排放浓度大于40mg/Nm3，建议不需要电改袋，直接采用湿法脱硫+湿式除污器即可达标。 与袋式除尘器相比优势：湿式除污器阻力只有300Pa，比袋式除尘器至少节约700Pa以上阻力，降低风机电耗，另其它使用费也低于袋式除尘器。 湿式除污器三维模型 科技领先 行业领跑

43 5. 水泥窑烟气脱硫技术 湿式除污器器的收尘机理与干式电除尘器完全相同 科技领先 行业领跑

44 5. 水泥窑烟气脱硫技术 阳极板 采用六角棱形收尘极 板 长度常规为6米。 材质：FRP玻璃钢 内切圆直径：350mm 使用寿命：15年
采用六角棱形收尘极 板 长度常规为6米。 材质：FRP玻璃钢 内切圆直径：350mm 使用寿命：15年 科技领先 行业领跑

45 5. 水泥窑烟气脱硫技术 阴极线 圆管框架结构，整体 稳定性高。 星形阴极线确保不断 线 材质：316L不锈钢
圆管框架结构，整体 稳定性高。 星形阴极线确保不断 线 材质：316L不锈钢 科技领先 行业领跑

46 5. 水泥窑烟气脱硫技术 湿法脱硫典型业绩 截止目前，湿法脱硫已达标运行业绩共76个。 序号 设备使用厂家 种 类 生产线规模 数量 备注
1 盐城发电有限公司 湿法脱硫 2×480t/h 达标运行 2 海门大千热电有限公司 2×75 t/h 3 上海能源大屯发电厂 5×75t/h 4 泰州金泰环保热电有限公司 2×220t/h 5 内蒙古蒙泰热电有限公司 4×130t/h 6 内蒙古兰太 7 宜兴金墅水泥有限公司 2500t/d 初步设计 8 枣庄山水水泥有限公司 3200t/d 方案设计 9 创新山水水泥有限公司 5000t/d 截止目前，湿法脱硫已达标运行业绩共76个。 科技领先 行业领跑

47 5. 水泥窑烟气脱硫技术 湿式除污器优点 多种物质脱除效率高 PM2.5去除率＞90% 汞及重金属去除率＞90% 无二次扬尘
除尘效率高 多种物质脱除效率高 PM2.5去除率＞90% 汞及重金属去除率＞90% 无二次扬尘 粉尘排放可≤10mg/Nm³ 除尘性能稳定 不受粉尘比电阻影响 优 点 运行稳定 解决蓝烟酸雾 SO3去除率＞90% 水雾去除率＞75% 解决烟囱腐蚀问题 无运动构件 设备故障率低 科技领先 行业领跑

48 6. 结束语 观点1——通过以上整体解决方案，水泥窑烟气完全可以达到以下超低排放值：颗粒物≤10mg/Nm3，NOx≤100mg/Nm3，SO2≤50mg/Nm3； 观点2——对有湿法脱硫设施的水泥生产线，PM2.5、汞及重金属去除率将更高，达＞90%； 观点3——水泥窑湿法脱硫如能采用收尘器回灰作为脱硫剂，将是水泥行业应用的突破。 科技领先 行业领跑

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