石灰窯脫硝除塵一體化技術(shù)
一、石灰窯行業(yè)現(xiàn)狀：
目前國(guó)內(nèi)石灰行業(yè)，特別是冶金石灰行業(yè)廣泛采用回轉(zhuǎn)窯、弗卡斯窯、套筒窯、麥爾茲窯、氣燒豎窯等先進(jìn)的窯型生產(chǎn)活性石灰，且大多朝大型化、規(guī)模化發(fā)展。
1）麥爾茲窯
麥爾茲窯為雙膛蓄熱并流式窯，由上至下噴射燃料強(qiáng)行加熱，與石灰下降的方向一致；煙氣由下部通過(guò)煙道換至另一外一個(gè)窯膛中，自下而上逆流預(yù)熱石灰石，熱能充分利用；為了防止過(guò)燒，每12分鐘換向一次。煅燒的石灰產(chǎn)品質(zhì)量好，熱耗最低。
2）套筒窯
內(nèi)部設(shè)有上下兩個(gè)內(nèi)筒，均為雙套筒式鋼殼，筒壁夾層由冷卻風(fēng)機(jī)冷卻，兩個(gè)筒體的內(nèi)部空間用于引進(jìn)氣體，內(nèi)筒外部砌筑耐火材料，上部的內(nèi)筒懸掛于窯的頂部，下部?jī)?nèi)筒立在窯的底部，燃燒室的上面在外筒與內(nèi)筒之間砌筑耐火材料過(guò)橋，形成煅燒室，使熱量均勻分布在石灰石料面內(nèi)。其正常生產(chǎn)情況下，技術(shù)指標(biāo)好，產(chǎn)品活性度高，生過(guò)燒低，熱耗較低，采用全負(fù)壓操作，環(huán)保效果好。
3）弗卡斯梁式窯
設(shè)在窯體中部的燃燒梁將燒咀引入豎窯的斷面上，解決了大斷面豎窯中間生燒的難題，目前國(guó)內(nèi)引進(jìn)的幾座豎窯生產(chǎn)指標(biāo)較好。梁式窯結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，占地面積小，維護(hù)方便，操作簡(jiǎn)單，作業(yè)率高，環(huán)保效果好，缺點(diǎn)是對(duì)原料質(zhì)量要求高，外部影響對(duì)質(zhì)量影響大，燒咀梁為專利產(chǎn)品，更換需進(jìn)口。
4）回轉(zhuǎn)窯
回轉(zhuǎn)窯內(nèi)傳熱主要為輻射傳熱，在石灰層內(nèi)部主要靠傳導(dǎo)傳熱，通過(guò)窯體不斷旋轉(zhuǎn)，在物料滾動(dòng)過(guò)程中，大顆粒物在上層，小顆料在料層下部，不同粒度石灰石都得到均勻加熱，生成石灰質(zhì)量均勻而活性度高?；剞D(zhuǎn)窯屬敞開(kāi)式煅燒，窯體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，氣流通暢，含硫煙氣可及時(shí)排出，燃料中硫分不易附著，因而產(chǎn)品含硫相對(duì)較低。
窯型對(duì)比表
指標(biāo)
回轉(zhuǎn)窯
麥爾茲窯
套筒窯
弗卡斯窯
工藝特點(diǎn)
結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單
結(jié)構(gòu)先進(jìn)
雙層套筒
三路壓力
敞開(kāi)煅燒
密閉煅燒
隔焰煅燒
梁式燒咀
石氣逆流
交替順流
石氣順逆
均勻煅燒
受熱均勻
熱耗最低
控制先進(jìn)
環(huán)保優(yōu)良
窯型系列
300-1100
120-600
300-600
300-500
燃料
焦、高、轉(zhuǎn)煤氣（預(yù)熱）
轉(zhuǎn)、焦
轉(zhuǎn)、焦
轉(zhuǎn)、焦
熱值
>11000
>6900
>6900
>6900
熱耗
1100-1200
850-900
900-950
1000
電耗
52
58
45
40
石灰石粒度
10-30
15-50
30-60
40-80
30-60
40-80
30-60
40-80
石灰活性度ml
>360
>350
>350
>340
存在問(wèn)題
熱耗高，占地大
通道積灰堵塞嘴槍易燒壞
結(jié)構(gòu)復(fù)雜過(guò)橋易塌換熱器易堵
外界條件變化易引起質(zhì)量波動(dòng)
二、排放標(biāo)準(zhǔn)
省別
標(biāo)準(zhǔn)及政策名稱
排放標(biāo)準(zhǔn)
執(zhí)行時(shí)間
國(guó)家
《關(guān)于推進(jìn)實(shí)施鋼鐵行業(yè)超低排放的意見(jiàn)》環(huán)大氣〔2019〕35號(hào)
粉塵 10
2020年底前，重點(diǎn)區(qū)域鋼鐵力爭(zhēng)60%完成改造；2025年底前，重點(diǎn)區(qū)域鋼改造基本完成，全國(guó)力爭(zhēng)80%以上完成
工業(yè)窯爐大氣污染排放標(biāo)準(zhǔn)（GB9078-1996）
粉塵 100
SO2 250
NOx 400 氧含量 無(wú)
1997年1月1日
河北
鋼鐵工業(yè)大氣污染物超低排放標(biāo)準(zhǔn)DB13/2169—2018
粉塵 10
SO2 50
NOx 150 氧含量 8%
2020年10月1日起
河南
鋼鐵工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)DB41/ 1954—2020
粉塵 10
新建企業(yè)自202年6月1日日起，現(xiàn)有企業(yè)自 2021年1月1日起
《工業(yè)爐窯大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB41/1066-2020）
粉塵 10
SO2 50
NOx 150 氧含量 10%
新建企業(yè)自202年6月1日日起，現(xiàn)有企業(yè)自 2021年1月1日起
山東
鋼鐵工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)DB37/ 990—2019
粉塵 10
2020 年11月1日起
《建材工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》DB37/2373-2018
粉塵 20/10 SO2 50/50 NOx 200/100 氧含量 8%
現(xiàn)有企業(yè)2020年1月1日
注：其他省份僅對(duì)粉塵做出了要求
三、石灰窯煙氣的特點(diǎn)
u 煙氣含硫量低，一般在3-50mg/m3，也有少數(shù)窯能達(dá)到200mg/m3；
u 煙氣NOx含量一般在200-350mg/m3；
u 煙氣含水量低，一般在1%-3%；
u 煙氣溫度：回轉(zhuǎn)窯220-280℃，其他窯 120-140℃；
u 煙氣粉塵粒度細(xì)，濃度高，除塵濾袋壽命短；
四、石灰窯煙氣脫硝工藝的選擇
目前，可用于石灰窯脫硝除塵的工藝主要有以下兩種：
路線一：高溫除塵+SCR脫硝
工藝特點(diǎn)：
u 能實(shí)現(xiàn)煙氣除塵脫硝的超低排放；
u 占地面積大，脫硝除塵采用兩套設(shè)備，檢修維護(hù)量大；
u 運(yùn)行成本高：脫硝除塵采用兩套設(shè)備，系統(tǒng)阻力達(dá)2500Pa以上，耗電大；
路線二：脫硝除塵一體化
工藝特點(diǎn)：
u 系統(tǒng)改動(dòng)?。涸诂F(xiàn)有除塵器安裝DeNOx濾袋，外加噴氨即可實(shí)現(xiàn)硝、塵超低排放；
u 脫硝效率高：在煙氣溫度230℃時(shí)，脫硝效率可達(dá)90%以上，實(shí)現(xiàn)NOx排放濃度≤30mg/m3；
u 除塵效率高：可實(shí)現(xiàn)粉塵的超低排放，粉塵排放濃度≤5mg/Nm3。
u DeNOx催化濾袋壽命長(zhǎng)：使用壽命達(dá)10年以上。
u 系統(tǒng)阻力?。狠^原除塵器系統(tǒng)阻力還低500Pa。
u 運(yùn)行成本低：相當(dāng)于工藝路線一的25-30%。
工藝對(duì)比表
工藝路線
高溫除塵+SCR脫硝
脫硝除塵一體化（GIPT）
性能指標(biāo)
NOx≤50mg/m3
粉塵≤10 mg/m3
NH3中后期逃逸高
NOx≤30mg/m3
粉塵≤3 mg/m3
NH3≤3 ppm
工程量
新建SCR系統(tǒng)
新建氨站及噴氨格柵
改造除塵器
更換風(fēng)機(jī)
新建氨站及噴氨格柵
更換DeNOx濾袋
停機(jī)時(shí)間
長(zhǎng) ~30天
短 ~3-5天
建設(shè)投資
100%
100-110%
運(yùn)行成本
100%
25-30%
注：對(duì)高硫煙氣，均需增加小蘇打脫硫系統(tǒng)。
五、脫硝除塵一體化工藝
1）回轉(zhuǎn)窯煙氣脫硝除塵一體化技術(shù)
將石灰窯窯尾除塵器中濾袋更換為戈?duì)朌eNOx濾袋，在除塵器入口噴入氨/空氣混合氣，煙氣中粉塵在DeNOx濾袋覆膜表面被攔截，在190-260℃，煙氣中的NOx進(jìn)入濾膜后的催化劑基布層，發(fā)生脫硝反應(yīng)：
脫硝反應(yīng)
4NO + 4NH3 + O2 = 4N2 + 6H2O
6NO2 + 8NH3 = 7N2 + 12H2O
催化反應(yīng)溫度達(dá)到230℃，具有90%以上的脫硝效率。
副反應(yīng)
SO2 + 1/2O2 = SO3
NH3 + SO3 + H2O= NH4HSO4
注：對(duì)高硫煙氣，在除塵器進(jìn)口煙道需增加小蘇打脫硫系統(tǒng)。
2）其他石灰窯脫硝除塵一體化技術(shù)
由于煙氣溫度較低（~120℃），在石灰窯至除塵器器之間的煙道增設(shè)換熱器及補(bǔ)熱熱風(fēng)爐（僅補(bǔ)加30℃的熱量）。
將石灰窯窯尾除塵器中濾袋更換為戈?duì)朌eNOx濾袋，在除塵器入口噴入氨/空氣混合氣，煙氣中粉塵在DeNOx濾袋覆膜表面被攔截，在190-260℃，煙氣中的NOx進(jìn)入濾膜后的催化劑基布層，發(fā)生脫硝反應(yīng)：
脫硝反應(yīng)
4NO + 4NH3 + O2 = 4N2 + 6H2O
6NO2 + 8NH3 = 7N2 + 12H2O
催化反應(yīng)溫度達(dá)到230℃，具有90%以上的脫硝效率。
副反應(yīng)
SO2 + 1/2O2 = SO3
NH3 + SO3 + H2O = NH4HSO4
注：對(duì)高硫煙氣，在除塵器進(jìn)口煙道需增加小蘇打脫硫系統(tǒng)。
