隨著水泥行業對氮氧化物和氨逃逸的排放標準逐步提高，各大水泥廠商也在通過各種途徑滿足新的排放要求。作為行業領軍企業之一，安徽海螺水泥有限公司走在了前列。通過採用來自德國蒂森克虜伯的選擇性催化還原脫硝技術（SCR），海螺水泥旗下的濟寧海螺、南京中國水泥廠共三條日產量5000噸水泥生產線可以成功實現中國水泥生產的最嚴排放標準。
在中國眾多省市，水泥生產中氮氧化物和氨逃逸的排放標準數值已經降低或正在逐步下調，這和德國比較類似。在德國，水泥廠必須遵守《德國聯邦汙染控制法》第17號條例規定的各項標準，其中日平均值為：氮氧化物200mg/Nm³ ，氨逃逸30mg/Nm³。在中國，採用蒂森克虜伯SCR設備的濟寧海螺和南京中國水泥廠的目標限值為：氮氧化物排放每小時平均值為100mg/Nm³，氨逃逸平均值8mg/Nm³ 。憑藉蒂森克虜伯當前的先進技術水平，完全能夠遠超這些排放要求。
濟寧海螺和南京中國水泥廠採用的蒂森克虜伯高溫高塵SCR系統
經過約5個月的建設，蒂森克虜伯在中國首套高溫高塵SCR系統於2019年8月在濟寧海螺成功完成試運行並投入使用。另外兩套SCR系統也將在南京中國水泥廠投入使用。蒂森克虜伯這一高溫高塵SCR系統可以實現每條生產線380,000 Nm³/h煙氣量的脫硝（表1），憑藉這一在全球經過驗證的高溫高塵SCR系統，濟寧海螺和南京中國水泥廠能夠長期穩定地把氮氧化物排放值控制在100mg/Nm³以下，氨逃逸在8mg/Nm³以下，甚至更低的水平。
同時與半塵系統相比，高塵系統的阻力增加值非常低，目前脫硝系統運行阻力在500Pa左右，而且系統溫降也比半塵系統低很多，噴氨量也能大幅降低。目前該項目的氨水消耗量較之於SCR投產前節省了60%以上，與半塵系統相比故障點減少，系統穩定性也大幅提升，是目前運行成本最低的SCR系統。
應用了蒂森克虜伯的高溫高塵SCR技術後，濟寧海螺（圖1）、南京中國水泥廠（圖2）可以達到並低於最低的氮氧化物和氨逃逸排放標準數值。
圖1：濟寧海螺使用的蒂森克虜伯SCR系統
圖2：中國水泥廠使用的蒂森克虜伯SCR系統
視頻：德國專家在中國水泥廠現場調試
自2006年以來經過驗證的成熟技術
蒂森克虜伯在德國等多個國家的十餘個水泥廠積累了多年經驗，能夠把水泥廠的氮氧化物控制在超低排放標準數值，技術非常成熟。自十多年前第一套系統投入使用以來，蒂森克虜伯SCR系統已成功證明，這一高溫高塵SCR系統能持續減少氮氧化物和氨逃逸的排放，而且性能可靠。自2013年8月份以來，所有已經建成的SCR系統全年運轉率都在95%以上。
在濟寧海螺和南京中國水泥廠建設新的高溫高塵SCR系統
包括材料供應在內的完整混凝土和鋼結構工程均由安徽海螺完成；所有核心組件（含催化劑模塊）均由蒂森克虜伯從歐洲提供，由安徽海螺安裝、建設施工，並由蒂森克虜伯負責調試。基於雙方良好的合作，該項目在10個月內竣工，與歐洲項目相比，節省了50%以上的時間。
催化劑的外殼在工廠預先組裝，然後拆卸運輸至濟寧海螺和南京中國水泥廠。在預組裝現場，通過藉助裝配輔助設備快速、精確地焊接反應器壁。隨後，整層裝置只需用起重機吊起並安放到最終安裝位置。工廠的前期預備工作大大縮短了設施的施工時間，提高了工藝質量。
濟寧海螺和南京中國水泥廠的高溫高塵SCR系統建在混凝土臺上，單座SCR系統的基底佔地面積約為16×17m。
為了安裝催化劑，使用鏈式起重機和專門開發的提升托架，藉助該類裝置，約1.3噸重的催化劑模塊可通過軌道系統運至反應器中。在反應器中，再次使用鏈式起重機和裝配輔助設備來定位催化劑模塊。這項工作必須非常小心地完成，因為陶瓷催化劑模塊對沖擊非常敏感，極易損壞。
清灰系統
水泥廠中運行良好的高塵SCR系統中的關鍵部分是清灰系統，其要求與其他行業SCR使用的傳統吹灰器有很大不同。
自行研發、性能可靠且經過驗證的蒂森克虜伯清灰系統可確保濟寧海螺和南京中國廠水泥廠約95g/Nm³（每小時約30,000 kg）高粉塵與煙氣一同通過催化劑模塊，而不會發生堵塞。水泥粉塵含有大量粘土，比其他行業的粉塵相比會更粘，這就使得清灰更加困難。
濟寧海螺和南京中國水泥廠採用的蒂森克虜伯高塵SCR系統每層安裝有四臺清灰裝置。按順序運行的清灰系統必須確保把粉塵吹過催化劑模塊，從而防止粉塵堆積或粉塵堵塞。清灰過程逐層進行，並且始終從頂部催化劑層開始除塵。清灰系統需要使用特殊要求的脈衝空氣，每條窯生產線使用三臺壓縮機，其中的一臺備用。
蒂森克虜伯的經驗總結
經驗表明，平均每2至3年需要更換一層新的催化劑模塊。這些催化劑模塊的使用壽命在很大程度上取決於機械應力（水泥粉塵造成的磨損）以及鹼重金屬的“失活”效應。鹼重金屬的種類和數量取決於所用的原料和燃料。研究結果表明，許多因素對SCR系統的性能都有影響，催化劑模塊的使用壽命與其他行業大不相同。
蒂森克虜伯在全球水泥行業中具備最豐富的SCR系統脫硝經驗。幾年來，在另外十餘個高塵和半塵SCR項目中進行了廣泛的測量和檢測。
“我們非常榮幸能夠與全球知名的海螺水泥在國內首次開展SCR技術的合作。這一項目的成功再次證明，我們的技術能夠幫助客戶滿足最為嚴苛的排放目標。同時，我們也希望，能夠將這一全球領先的高溫高塵SCR技術在中國更多城市推廣，與更多水泥行業同仁共同創建一片碧水藍天，為中國的可持續發展做出貢獻！” 蒂森克虜伯水泥業務中國區負責人Björn Olaf Assmann博士表示。
作者：Markus Theus和Daniel Schneider；
蒂森克虜伯工程技術（中國）有限公司，
瑞士麥爾茲爐窯公司（Maerz Ofenbau AG），CemCat業務部
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