Селективное каталитическое восстановление NOx и решение других задач экологичности цементного производства
Предлагаемые компанией Bilfinger SE (Германия) современные решения в области технологии селективного каталитического восстановления оксидов азота (NOx) в дымовых газах технологических линий обжига клинкера позволяют обеспечить выполнение строгих существующих и перспективных нормативов выбросов NOx в цементной промышленности при длительном сроке службы катализатора и низких расходах, связанных с эксплуатацией установки. Сервисная компания Bilfinger Tebodin, входящая в группу компаний Bilfinger SE, оказывает поддержку клиентам на всех этапах инвестиционного проекта и предусматривает реализацию в нем современных технологий использования альтернативных видов топлива и уменьшения выбросов пыли.
За последние годы повышенное внимание к вопросам экологии и глобальное стремление к сокращению экологического следа человека привело к тому, что страны ЕС установили новые, более строгие стандарты на выбросы оксидов азота (NOx) в промышленности. Как результат, в цементной отрасли ужесточились требования к эффективности систем для снижения уровня выбросов NOx и к объемам применяемого для этих целей аммиака. На сегодняшний день из всех доступных решений данной задачи системы селективного каталитического восстановления (скВ) являются наиболее предпочтительной и передовой технологией.
Принцип работы систем СКВ
В ходе селективного каталитического восстановления оксиды азота — NO и NO2 удаляются из дымовых газов в виде продуктов реакции с впрыскиваемым в газовый тракт (обычно в виде водного раствора) восстановителем, например, аммиаком (или мочевиной). Газы проходят через реактор скВ с катализатором, в котором NOx, взаимодействуя с выбранным реагентом, восстанавливаются до элементарного азота; побочным продуктом реакции является водяной пар.
Чтобы ввести в систему необходимое количество восстановителя, необходимо определить нагрузку NOx на входе в реактор скВ и предельно допустимую концентрацию NOx в очищенных газах. Зная разницу между их значениями и концентрацию аммиачной воды, с учетом стехиометрии реакции между NH3 и NOx определяют требуемый расход реагента. В систему подачи реагента интегрирована система контроля с обратной связью: постоянный мониторинг концентрации NOx в очищенных газах позволяет оперативно управлять расходом восстановителя. Система скВ интегрируется в цепочку оборудования производственной линии непосредственно после запечного теплообменника. Восстановитель вводят в поток дымовых газов на достаточном расстоянии до каталитического реактора, чтобы обеспечить их хорошее смешение, после чего газы проходят через реактор сверху вниз.
Поток газа в реакторе скВ направляется и контролируется установленными в газоходе перегородками и выпрямителями потока, которые сводят к минимуму потерю давления при обеспечении равномерного распределения дымовых газов по слоям катализатора. Дизайн и расположение данных элементов основывается
на результатах гидродинамических расчетов (computerized fluid dynamics, CFD). Катализаторы поставляются в виде модулей. Они располагаются в реакторе скВ на отдельных уровнях (слоях). Основными параметрами для выбора типа и емкости катализатора являются объем и состав дымовых газов, начальная и целевая концентрации NOx, целевой расход и допустимый выброс аммиака, а также требуемый срок службы и диапазон рабочих температур каталитической системы. Вход реактора связан с выходом теплообменника; соединительный канал также содержит систему охлаждения для регулирования температуры газа, поступающего в реактор скВ.
Конфигурация реактора скВ обычно включает в себя определенное число слоев катализатора, при котором система обеспечивает требуемые пределы выбросов, однако в нее может также быть включен дополнительный резервный уровень, который может потребоваться в будущем, в случае введения более строгих норм выбросов, но обычно устанавливается с целью оптимизировать расход каталитических элементов, т. е. управлять ресурсом катализатора так, чтобы спланировать практически полную деградацию катализатора к моменту его плановой замены, привязанному к производственной кампании предприятия. Над каждым рабочим уровнем установлены пневматические системы удаления пыли с поверхности катализатора. За счет резервирования этих очистных устройств гарантируется поддержание чистоты катализатора и, следовательно, соблюдение лимитов выбросов.
Конструкция системы скВ подразумевает установку газоанализаторов до и после реактора каталитического восстановления; также имеется возможность байпасировать печные газы, подавая их прямо в фильтры пылеочистки.
Bilfinger — надежный мировой поставщик услуг по проектированию и установке систем СКВ
Компания Bilfinger SE является известным международным поставщиком услуг в перерабатывающей промышленности. Портфель услуг охватывает всю цепочку создания стоимости от консалтинга, инжиниринга, производства, сборки, обслуживания, расширения завода, до оборотных средств, а также включает в себя экологические технологии и цифровые решения. Компания работает по двум направлениям: 1) технология и инжиниринг, 2) техническое обслуживание. Ее клиенты компании чаще всего представляют такие секторы, как цементная, химическая и нефтехимическая промышленность, энергетика, нефтегазовая отрасль, фармацевтика и биофармакология, металлургия и др. В штате Bilfinger насчитывается более 36 тыс. сотрудников. Компания придерживается в своей деятельности самых высоких стандартов безопасности и качества.
Благодаря многолетнему опыту проектирования и установки более 60 систем скВ на электростанциях, заводах по сжиганию отходов и других промышленных объектах Bilfinger может предложить эффективные решения, отвечающие потребностям цементной промышленности. Независимо от состава и свойств неочищенного газа, специалисты компании могут спроектировать систему, подходящую для конкретных эксплуатационных нужд, которую можно интегрировать в существующие мощности или реализовать в рамках вновь строящихся производств.
Дымовые газы цементных заводов, характеризующиеся высокой концентрацией пыли, создают серьезные технические проблемы для работы систем скВ. Именно здесь опыт и технологические возможности Bilfinger помогают найти решение, отвечающее требованиям заказчика. основными задачами, решаемыми при проектировании системы скВ, являются:
· технически приемлемый выбор вида и геометрической конфигурации каталитических элементов;
· подбор температурного диапазона процесса и возможность ее регулировки;
· обеспечение оптимального расхода и распределения дымовых газов по всему сечению реактора;
· обеспечение как можно более низких потерь давления в реакторе скВ;
· эффективность системы очистки катализатора с минимальным потреблением сжатого воздуха;
· точное измерение и контроль концентрации NOx в неочищенном и очищенном газе;
· длительный срок службы катализатора во избежание внеплановых остановок производства;
· низкие затраты на техническое обслуживание и ремонт;
· снижение эксплуатационных расходов путем применения проверенных на практике схем управления сроком службы катализатора, базирующихся на его характеристиках.
В настоящее время на цементном заводе в Германии реализуется проект двухветвевой системы скВ (по одному реактору на ветвь теплообменника) производительностью 200 тыс. нм3/ч для работы с газами, имеющими высокую запыленность (см. рисунок). Завершается согласование документации, начались работы на строительной площадке. Проект полностью разработан компанией Bilfinger.
Помимо решения задач денитрификации Bilfinger также имеет многолетний опыт работы с технологиями десульфурации (удаления SOx) и фильтрации газов, а также с технологиями сокращения выбросов ртути. компания успешно адаптировала ноухау, полученные в этих областях, для соответствия экологическим требованиям в цементной промышленности. Команда инженеров–специалистов широкого спектра технических дисциплин разрабатывает индивидуальные решения для решения проблем, связанных с выбросами загрязняющих веществ, и обеспечивает поставку комплексных решений «под ключ».
Компания Bilfinger Tebodin
Немецкоголландская сервисная компания Bilfinger Tebodin, входящая в группу компаний Bilfinger SE, оказывает поддержку клиентам на всех этапах инвестиционного проекта от бизнес идеи до ввода объекта в эксплуатацию, а также при модернизациях и технических перевооружениях предприятий. Спектр услуг компании — это консалтинг и аудиты при подготовке проекта, инжиниринг и технологическое проектирование, сопровождение в сборе исходно разрешительной документации, проведение тендера на выбор подрядчиков и поставщиков технологического оборудования, управление проектом и строительством. Bilfinger Tebodin успешно работает на российском рынке уже 25 лет и сегодня насчитывает 230 сотрудников в России и других странах СНГ. Компания стабильно присутствует в Москве, Санкт-Петербурге, РостовенаДону и Екатеринбурге, а также представлена множеством проектных офисов по всей стране. В регионе Центральной и Восточной Европы, к которому относится российское подразделение, работает команда из более чем 800 специалистов.
Цементная промышленность в России: проектирование экологически безопасного производства
Помимо выбросов NOx одна из главных экологических проблем в цементной промышленности — образование большого количества пыли в ходе производства. Эта пыль выбрасывается в атмосферу, покрывает поверхности в непосредственной близости от объекта, попадает в органы дыхания. Она имеет щелочной состав, вследствие чего негативно влияет на здоровье человека, животных и растений. Одной из первых компаний в цементной отрасли, которая стала внедрять экологически безопасные методы производства с целью сократить выбросы пыли, стала корпорация LafargeHolcim – лидер индустрии строительных материалов с филиалами более чем в 80 странах мира. Рассмотрим на примере цементного завода Lafarge в Ферзиково (Калужская область), спроектированного компанией Bilfinger Tebodin, каким образом компания внедряет передовые технологии в своем производстве. Это был один из первых проектов Bilfinger Tebodin в цементной отрасли. Общий объем инвестиций в него с учетом создания прилегающей инфраструктуры составил EUR 500 млн. Строительство завода началось в 2011 году.
Целью проекта было создание инновационного предприятия, выпускающего качественную продукцию. При этом компания - инвестор, являясь лидером в области охраны здоровья, безопасности и окружающей среды, предъявляла высокие требования к качеству проекта и экологичности будущего цементного завода. В итоге при проектировании был выбран высокоэффективный сухой способ производства и предусмотрена реализация современных технологий использования альтернативных видов топлива и уменьшения выбросов пыли. Официальный пуск завода состоялся в 2014 году.
В 2015 году на предприятии был введен в эксплуатацию цех альтернативного топлива — уникальная производственная установка по экологичной и безопасной переработке твердых бытовых отходов, включая использованные шины, бумагу, картон, пластик, тек стиль, резину, древесину. Производственные мощности позволяют переработать в альтернативное топливо около 450 тыс. т отходов в год. ожидается, что к 2020 году его доля достигнет 45 % всего топлива, потребляемого на заводе.