金属滤袋在中材株洲水泥窑脱硝中的应用及优势分析
水泥 张剑锋 刘理智 2024-12-05
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金属滤袋在中材株洲水泥窑脱硝中的应用及优势分析
——高温低尘SCR在中材株洲5000吨水泥线正常运行3年记
张剑锋 刘理智
（广东新力新材料有限公司 广东 肇庆）
摘要：本文主要探讨了金属滤袋在水泥窑脱硝中的应用。随着环保要求的日益严格，水泥行业的脱硝成为了关键问题。金属滤袋因其耐高温、过滤精度高等特点，在水泥窑脱硝中发挥了重要作用。本文详细介绍了金属滤袋的特性，分析了其在水泥窑脱硝工艺中的应用方式及优势，并通过实际案例说明了其应用效果，为水泥窑脱硝技术的发展提供了有益的参考。
一、引言
水泥行业是大气污染物的主要排放源之一，其中氮氧化物（NOx）的排放对环境和人体健康造成了严重危害。为了满足日益严格的环保排放标准，水泥窑脱硝技术不断发展和改进。金属滤袋作为一种新型的过滤材料，在水泥窑脱硝领域展现出了广阔的应用前景，对于提高脱硝效率、降低污染物排放具有重要意义。
二、金属滤袋的特性
耐高温性能：金属滤袋通常由不锈钢、铁铬铝等金属材料制成，能够耐受高温环境。在水泥窑脱硝过程中，窑尾烟气温度较高，一般在 300℃~350℃之间，而金属滤袋可以在此温度下稳定运行，为脱硝反应提供了适宜的温度条件，确保了脱硝系统的高效性。
高过滤精度：金属滤袋具有细小的孔隙和均匀的孔径分布，能够有效过滤水泥窑烟气中的颗粒物，使出口烟气中的粉尘浓度降低至 < 5mg/Nm³，满足水泥行业超低排放的要求。其高过滤精度不仅有助于减少粉尘对环境的污染，还能防止粉尘进入脱硝催化剂，避免催化剂堵塞和中毒，延长催化剂的使用寿命。
高透气率：在保证过滤精度的同时，金属滤袋还具有较高的透气率，能够使烟气顺畅通过滤袋，降低系统的运行阻力，减少风机的能耗，提高整个脱硝系统的运行效率。
耐腐蚀性能：水泥窑烟气中含有一定的酸性气体和碱性物质，如二氧化硫、氧化钙等，这些物质会对过滤材料产生腐蚀作用。金属滤袋具有良好的耐腐蚀性能，能够在恶劣的烟气环境中长期稳定运行，保证了脱硝系统的可靠性和稳定性。
三、金属滤袋在水泥窑脱硝中的应用
高温低尘工艺中的关键环节：在水泥窑脱硝的高温低尘工艺中，金属滤袋除尘器通常安装在预热器出口与脱硝催化剂之间。水泥窑 C1 出口的高温高尘烟气首先经过金属滤袋除尘器进行过滤，去除其中的大部分粉尘，使进入脱硝催化剂的烟气成为高温低尘状态。可以避免高浓度粉尘对催化剂的覆盖、磨损和中毒等问题，提高催化剂的活性和稳定性，从而提高脱硝反应的效率和选择性。
水泥粉尘的特点：粉尘含量高，C1出口含尘浓度达80~140g/Nm³，粉尘粒径小（小于10μm的颗粒约占75%），粉尘中碱金属氧化物CaO、K2O、 Na2O等含量高，其中CaO达到60%以上，粉尘粘性大。以下为某水泥厂粉尘的粒径数据，从数据可以看出，粉尘D50在4-6um之间。
与 SCR 脱硝技术的结合：金属滤袋与选择性催化还原（SCR）脱硝技术紧密结合，构成了高效的脱硝系统。经过金属滤袋过滤后的低尘烟气进入 SCR 反应器，在催化剂的作用下，与喷入的还原剂（如氨气）发生反应，将 NOx 转化为氮气和水，实现对氮氧化物的有效去除。出口 NOx 浓度能够稳定降低至 < 50mg/Nm³，氨逃逸量控制在 < 5mg/Nm³，同时还可节约氨水用量 1/3 以上。
四、金属滤袋在水泥窑脱硝中的优势
提高脱硝效率：由于金属滤袋能够使脱硝催化剂处于高温低尘的优良环境中，催化剂的活性得以充分发挥，从而提高了脱硝反应的转化率和选择性，使脱硝效率得到显著提升，更好地满足了环保排放标准的要求。
延长催化剂寿命：水泥粉尘中含有较高的氧化钙等碱性物质，容易导致催化剂中毒失活。金属滤袋有效地阻挡了粉尘与催化剂的接触，减少了粉尘对催化剂的侵蚀和堵塞，大大延长了催化剂的使用寿命。这不仅降低了催化剂的更换频率和成本，还减少了因催化剂更换而产生的危险废物，具有良好的环境效益和经济效益。
优化系统布局：采用金属滤袋的高温低尘一体化烟气治理方案，使得整个烟气处理系统更加紧凑，占地面积更小。这对于水泥厂的空间利用和整体布局更为有利，可降低建设成本和土地资源的占用。
降低设备维护成本：
减少余热锅炉堵塞：经过金属滤袋过滤后的烟气，粉尘含量大幅减少，可有效降低余热锅炉因粉尘堆积而堵塞的风险，保证余热锅炉的正常运行，减少因堵塞问题带来的设备维护和清理工作。
减轻高温风机磨损：低尘烟气对高温风机的磨损作用减弱，能够延长高温风机的使用寿命，降低设备的维修和更换频率，从而节省设备维护资金。
防止管道结皮：减少了烟气中粉尘在管道内的附着和结皮现象，使管道保持通畅，降低了因管道结皮而导致的系统阻力增加、通风不畅等问题的发生概率，减少了相应的维护工作量。
五、金属滤袋在水泥窑脱硝中的应用案例
案例1
（1）中材株洲水泥日产5000吨线（90万风量），高温低尘SCR技改项目，技术参数如下：
目前已运行3年左右，除尘器压差700Pa左右，烟气粉尘出口浓度＜5mg/Nm³，NOx＜50mg/Nm³。已得到第三方验收，达到设计要求。而且在3年使用过程中，金属滤袋0%破损。
（2）现场实拍图
建设安装现场实拍
使用1年滤袋取样图，滤饼较薄，花板基本无尘
使用3年滤袋取样图，滤饼较薄，花板基本无尘
（3）金属滤袋性能检测
原始滤料、1年取样滤料、3年取样滤料断裂拉力性能对比
分析：滤袋经过3年老化，横向拉力平均下降158N，纵向拉力基本无下降，按照实验室滤料拉力安全边界600N/3cm，滤料拉力还有余量，推断滤袋寿命可长达6年以上。
（4）催化剂性能检测
催化剂在金属滤袋保护下，使用三年后性能检测结果如下
结果分析：
通过测试送检催化剂 bet，相比新催化剂，本次送检催化剂样品 bet 有少量降低，在国标范围以上（国标 40m2 /g）。
本次送检催化剂一层和二层活性少量降低，活性在新催化剂活性的 70%以上
水泥高温低尘SCR(尘硝一体)其他案例
广东新力金属滤袋在水泥尘硝一体应用案例较多，例如：华润水泥（长治） 5000t/d 高温低尘SCR技改项目、华润封开水泥4条5000t/d尘硝一体技改项目、东方希望重庆水泥 6# 4800t/d 高温低尘SCR项目、平邑中联水泥 4500t/d 高温低尘SCR项目、临沂中联水泥 5000t/d 高温低尘SCR项目等，以上项目均在正常运行，粉尘排放达到10mg/Nm3以下，压差500-700Pa。
六、广东新力金属滤袋简介
（1）金属滤袋耐高温的关键是金属滤料，金属滤料目前在行业中主要分为两种，一种为金属纤维毡，另一种为金属粉毡。广东新力公司是国内唯一一家同时能生产以上两种滤料金属滤袋厂家。
（2）新力金属滤料过滤效率高，烟气出口浓度＜10mg/Nm³，老化压差小，耐高温，瞬时耐温可达450℃，采用310S或铁铬铝材料，耐温可达800℃。金属滤袋耐腐蚀，寿命长，可靠性高。不止是水泥行业，在氧化铝、锂辉石、钢铁、生物质发电等各行业中也得到了广泛应用。新力金属滤袋实物图如下：
七、结论
金属滤袋在水泥窑脱硝中具有重要的应用价值和显著的优势。它不仅能够提高脱硝效率、延长催化剂寿命、降低设备维护成本，还能优化系统布局，为水泥行业的节能减排和可持续发展提供了有力支持。随着金属滤袋技术的不断进步和完善，相信其在水泥窑脱硝领域的应用将会更加广泛和深入，为推动水泥行业的绿色发展做出更大的贡献 。
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