氧化镁轻烧窑超低排放技术探讨

一 前言

中国镁矿资源丰富，主要分布在辽宁地区和山东地区，品位高，杂质少。以菱镁矿为原料，以煤气或煤炭为燃料在700~1000℃烧成的氧化镁为轻烧氧化镁。轻烧氧化镁是一种重要的无机化工产品，主要用于制造胶凝材料，如含镁水泥、绝热和隔音的建筑材料，也可做陶瓷原料；将轻烧镁进行化学处理后，可以制成多种镁盐，用作医药、橡胶、人造纤维、造纸等方面的原料。但是，在生产轻烧氧化镁的过程中经常会产生含有大量颗粒物和氮氧化物的烟气，对环境造成很大的危害。而且随着镁质材料行业迅速发展，氧化镁轻烧窑日益增多，烟气污染也越来越严重。辽宁省地方标准DB21/3011-2018《镁制耐火材料工业大气污染物排放标准》规定2021年1月1日期起轻烧窑的颗粒物、二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOx）的排放限值分为由50、100、200mg/m3修改为30、50、100mg/m3。随着环保要求越来越严格，采用高效设备及技术对轻烧窑烟气进行治理已迫在眉睫。

二 轻烧窑烟气特点

（1）轻烧窑出口烟气温度低且波动大，100~250℃。

（2）NOx含量100~500mg/m3。

（3）SO2含量较低，一般不高于300mg/m3；部分轻烧窑SO2排放浓度低于50mg/m3。

（4）轻烧窑已采用布袋除尘，除尘后颗粒物浓度满足排放要求。

（5）氧含量高，湿度大。

三 轻烧窑烟气超低排放技术路线

根据轻烧窑的烟气特点，结合近年来脱硫脱硝技术在各行业的推广应用经验，可用于轻烧窑的工艺路线有两种：（1）脱硫前脱硝—布袋除尘+中温SCR脱硝+湿法脱硫；（2）脱硫后脱硝—SDS干法脱硫除尘+低温SCR脱硝。两种工艺路线的对比如下：

首先，轻烧窑烟气温度低且波动大，如采用中温SCR脱硝，需要设置热风炉和GGH换热器将烟气温度升高到280℃以上。氧化镁厂可利用的燃料气一般只有天然气，天然气单价约2.6元/m3。以一台10000m3/h的轻烧窑烟气为例，烟气温度每升高10℃，仅天然气消耗一项，年运行成本增加约10万元/年。在实际应用中，采用中温SCR，热风炉对烟气升温的幅度不低于30℃，天然气消耗成本不低于30万元/年。而采用150℃的低温SCR，热风炉仅在烟气温度低于150℃时使用，天然气消耗大幅降低；同时，由于仅需间歇性对烟气进行加热，无需设置GGH换热器，减少系统投资。

其次，轻烧窑烟气二氧化硫含量较低，采用SDS干法脱硫即可达标排放。SDS脱硫温降低，不会引起天然气消耗的明显增加。同时，SDS法的脱硫剂以干粉形式直接喷入烟道中，不需要设置制浆系统和脱硫塔，且没有废水产生，投资成本和运行成本均比湿法脱硫低。

最后，脱硫后脱硝——SDS干法脱硫除尘+低温SCR脱硝工艺不需要设置GGH和脱硫塔，系统阻力比脱硫前脱硝工艺低2000Pa以上，因此引风机功耗明显降低。以一台10000m3/h的轻烧窑烟气为例，引风机功耗可降低约15万元/年。

综上所述，轻烧窑烟气治理推荐采用“SDS干法脱硫除尘+低温SCR脱硝”的工艺路线。

四 华电光大低温脱硝催化剂介绍

作为国内首家也是唯一一家完全自主知识产权的SCR平板式催化剂公司，北京华电光大环境股份有限公司依托华北电力大学生物质发电成套设备国家工程实验室多年来在烟气环保领域方面的研发成果，本着“技术为根、诚信为本、节能环保、利国利民”的经营理念，建成板式催化剂生产线，产能达到30000立方米/年。目前主营的催化剂有“高温、中温、宽温、低温”全温区系列和“抗碱金属、抗砷中毒、超强耐磨”等特种催化剂，并已成功应用在火电厂、氧化铝焙烧、焦化、钢铁、化工等多个行业中。2019年，华电光大参与完成的《新型多温区SCR脱硝催化剂与低能耗脱硝技术及应用》荣获国家科学进步二等奖和教育部科学技术进步一等奖。

华电光大低温脱硝催化剂适用范围广，经过半工业化试验验证，在150~280℃温度区间内具有良好的脱硝活性。同时抗碱金属中毒能力强；SO2转化率低，硫铵盐生成量少；抗堵塞能力强；需用反应器体积小，初投资少。华电光大可针对客户所提供的烟气参数量身定制最佳催化剂方案。

目前，华电光大低温催化剂已在数十个项目中取得成功应用。其中，太钢三烧超低排放改造工程中，脱硝催化剂运行温度150℃，自2020年1月22日投运以来，运行良好，脱硝出口NOx浓度稳定在30mg/m3以下，完全满足设计要求。