[原創(chuàng)]中材國際蔡玉良：水泥脫硝應以分級燃燒技術為主，以SNCR技術為輔

　　近日，中國水泥網記者專訪了中材國際工程股份有限公司總工程師，“全國工程勘察設計大師”蔡玉良，就水泥生產企業(yè)NOx減排、水泥窯協(xié)同處置垃圾、第二代新型干法水泥技術、工程系統(tǒng)設計理念等行業(yè)熱門話題進行了深入交流。

　　

中國中材國際工程股份有限公司總工程師蔡玉良

水泥行業(yè)脫硝應以分級燃燒主，SNCR技術為輔，降低脫硝運行成本，確保水泥企業(yè)能夠長期有效的滿足氮氧化物減排的控制需要
　　水泥行業(yè)脫硝是當前的熱門話題，蔡玉良表示對之大家很容易忽視一個問題：水泥熟料生產線產生的氮氧化物基數(shù)變化范圍很大，不同的水泥企業(yè)，其初始基數(shù)會有不同。水泥窯NOx產生受幾個因素影響：1.燃料。如果燒的燃料里有機氮較多的話，那么燃用燃料的生產系統(tǒng)產生的NOx就比較多；2. 溫度。超過1400度，NOx產生量將隨溫度的升高成指數(shù)倍增。不同水泥品種對煅燒溫度要求不一樣，普通水泥、白水泥、高硅水泥等對煅燒溫度的要求是不一樣的，溫度越高，產生的NOx量就越多。
　　要控制NOx，首先要搞清楚水泥生產企業(yè)的原始基數(shù)情況，然后根據(jù)具體的情況，制定相應的解決方案。
　　眾所周知，NOx的產生主要源于分解爐內產生的燃料型NOx和回轉窯內產生的燃料型NOx和熱力型NOx的總和。分解爐內的操作溫度一般不超過1000度，主要形成的是燃料NOx，燃料型NOx在200℃以上燃料氮就可以直接轉化成NOx（主要是NO），回轉窯內的孰料煅燒溫度約1450℃，需要的氣體火焰溫度在1850℃以上，除了燃料氮直接轉化成NOx外，還因溫度較高，空氣中的氮直接轉化成熱力NOx。一般情況下，回轉窯內產生的燃料型和熱力型NOx的總和占系統(tǒng)中NOx產生總量的65%~75%，分解爐內產生的燃料型NOx約占系統(tǒng)總量的35%~25%。
　　分級燃燒技術就在回轉窯和分解爐之間增設一個獨立的還原燃燒區(qū)，將部分燃料轉移到還原區(qū)內燃燒，形成還原氣氛，達到還原回轉窯中產生NOx的目的。一般情況下分級燃燒的脫氮效率可達60%，而回轉窯內產生的NOx約占系統(tǒng)總量的65%~75%，因此，對于整個系統(tǒng)來說，分解燃燒的脫氮效率也僅有45%，也就是說氮氧化物分級燃燒不可能達到50%。因為分級燃燒本身的效率只有60%，僅解決70%的60%的脫氮任務，顯然達不到《水泥行業(yè)準入條件》中脫除NOx效率60%的要求。
　　蔡玉良表示之所以強調分級燃燒技術的應用，是因為分級燃燒技術解決40%左右NOx的脫出問題，不需要化太多成本，僅有少量的設備改動成本，但分級燃燒對系統(tǒng)的操作要求比較高，尤其對窯尾的氧含量控制要在0.8%左右，通過改變窯尾分解底的噴煤方式，以改變燃燒區(qū)域環(huán)境氣氛，實現(xiàn)40%左右的脫硝目的。如果不采用分級燃燒，全部采用SNCR噴氨方式，會增加脫硝運行的成本，相比，一噸水泥熟料成本要增加4~5元甚至更多，在當前水泥企業(yè)本身利潤不多的情況下，單純采用SNCR脫硝將大大降低企業(yè)的市場競爭力，企業(yè)難于承受，在監(jiān)管不嚴的情況下，SNCR將會很快成為擺設。除此之外，低NOx燃燒器的應用也應成為水泥企業(yè)選擇使用的技術措施之一。
　　因此，蔡玉良認為水泥企業(yè)不應拒絕分級燃燒技術和低氮燃燒器的應用，在可能的情況下，必須優(yōu)先選用分級燃燒技術和低氮燃燒器，以降低系統(tǒng)的NOx基數(shù)，如果上述技術難于達到控制的目標要求，再采用SNCR噴氨技術進一步處理。這樣就能保證水泥生產企業(yè)在脫氮上有效性，而且運行成本低；如果直接上SNCR噴氨技術系統(tǒng)，運行成本太高，很有可能企業(yè)今天上了系統(tǒng)，到后來就不運行了。
　　蔡玉良認為，目前SCR技術應用于中國水泥企業(yè)暫時尚不合適，除非開發(fā)出能夠滿足低溫（80℃~120℃）操作要求的催化劑。其主要原因在于：一方面：現(xiàn)有SCR技術（用于SCR催化劑產品）的催化劑有效工作溫度窗口約300多度，同時還需要相對“干凈”的煙氣，以防止催化劑失效或中毒，而水泥廠的煙氣300℃的情況下，其含塵濃度高達80~120g/Nm³，如此高的粉塵濃度，極易導致催化劑功能失效或中毒，。另一方面，目前大部分水泥生產線都建有余熱發(fā)電裝置，無論實施的空間和條件均不能夠滿足實施SCR技術的要求。不僅如此，即使能夠使用，其投資和運行費用均較高。[Page]
水泥窯協(xié)同處置生活垃圾的技術已經成熟，鼓勵政策和監(jiān)管體系應該進一步補充完善
　　今年4月底，中材國際在江蘇溧陽建設的水泥窯無害化協(xié)同處置450噸/日生活垃圾示范線項目進入調試期，到目前已經過去了半年多時間。蔡玉良告訴記者，該示范線可日處理500噸城市生活垃圾，年處理總量為18.25萬噸，由中國中材國際工程股份有限公司（預處理車間）和新疆天山水泥股份有限公司（水泥廠接納部分）分別出資承擔建設并聯(lián)合運營管理。
　　在半年多的調試期中，遇到了各種各樣的困難。譬如季節(jié)變化因素，導致垃圾狀態(tài)變化對設備影響很大；垃圾種類復雜，包括農村垃圾（藤狀農作物）、城市垃圾、工業(yè)垃圾等，使處理難度增加；新設計的設備在實際應用上遇了一些問題，而每個問題的解決均需要一定的時間。蔡玉良表示，盡管在實際運用中隨著季節(jié)時間的變化，所遇到的問題，均努力得到了有效地解決。不容置疑水泥窯無害化協(xié)同處置生活垃圾技術已經非常成熟。
　　“今天控制的是未來的東西”， 蔡玉良表示水泥窯協(xié)同處置生活垃圾是好的，但是也要對其進行嚴格的污染監(jiān)控，避免造成二次污染。盡管國內水泥窯協(xié)同處置城市生活垃圾方面技術已經比較成熟，但是蔡玉良告訴記者目前國內對其的環(huán)保監(jiān)控方面相比國外還是有較大差距，國外水泥窯協(xié)同處置監(jiān)控指標非常多（多達12種之多），粉塵、SOx、NOx、CO、氨、甲烷、VOC（揮發(fā)性有機化合物）、苯類化合物、汞等在線監(jiān)測指標和定期檢測分析的指標為：二惡英、重金屬等非在線監(jiān)控指標。
　　此外，水泥廠不僅可以生產水泥，還可以處理各類廢棄物（危廢、生活垃圾、污泥、有機溶劑等）、另外，自身也有一些資源等待開發(fā)和挖掘利用。目前比較成功的是余熱利用，除此之外，廢氣中的一些氣體也可以回收利用。例如二氧化碳，可以收集用于合成納米級無機鹽填充材料，還可以利用生物吸收生成生物能源等，同時還可達到減排的目的以前之所以都沒有利用起來，是因為工業(yè)體系不完整沒有鏈接起來，很多產業(yè)鏈斷掉了，比如氯堿工業(yè)，在生產中會產生大量的電石渣（氫氧化鈣），以前大多堆放無用，現(xiàn)在產業(yè)鏈接起來了，可以把電石渣（氫氧化鈣）用作脫硫劑、生產水泥，還可以利用來合成納米碳酸鈣微粉，納米碳酸鈣微粉用處很多，在造紙、涂料、油漆、pvc塑料、電線絕緣皮、甚至牙膏等行業(yè)均較廣泛的應用。
　　為了能夠讓更多的水泥生產企業(yè)積極地參與社會污染物的控制和處理，提高水泥生產系統(tǒng)對污染物的處理能力，國家應該在此方面出臺相應的鼓勵政策，并保證水泥企業(yè)能夠長期積極有效地處置廢棄物，同時，為了滿足環(huán)?？刂埔?，必須建立和加強監(jiān)管控制體系的建設，確保環(huán)境控制指標的實現(xiàn)。[Page]
第二代新型干法水泥技術節(jié)能環(huán)保特征明顯 研發(fā)需要行業(yè)努力、國家支持
　　作為第二代新型干法水泥研發(fā)工作小組成員，蔡玉良向記者講述了第二代新型干法水泥生產技術，應該具備如下一些特征：
　　一、節(jié)能降耗特征，在現(xiàn)有新型干法水泥生產技術的基礎上，繼續(xù)協(xié)同優(yōu)化水泥生產各子系統(tǒng)，進一步地提高各子系統(tǒng)換熱效率和能源利用效率；
　　二、廢棄物處置特征：在保證環(huán)境和設備安全的條件下，最大限度地提高系統(tǒng)對廢棄物的處理能力，滿足水泥窯協(xié)同處置城市生活垃圾、工業(yè)廢棄物、危險廢棄物、污泥等控制和資源最大化的利用要求，實現(xiàn)除了生產水泥材料職能外，還應承擔起工業(yè)化社會和人類生活排放廢棄物的控制和處置方面的社會職能。
　　三、具有較強污染物擴散控制的特征：尤其要以滿足大氣污染控制要求，實現(xiàn)多項在線指標的監(jiān)控和離線協(xié)同監(jiān)控的環(huán)保目標；
　　四、具有鮮明的技術結構特征：應該在現(xiàn)有技術的基礎上，經過努力開拓，使其具有鮮明結構和時代特征。
　　五、適應新體系膠凝材料的生產特征：經過努力和技術創(chuàng)新，繼續(xù)研發(fā)和拓展新型、高強結構膠凝材料或混合體系下的膠凝材料的生產技術。
　　六、具有智能化生產控制特征：在現(xiàn)有的基礎上，進一步提高各生產系統(tǒng)的智能化控制水平，實現(xiàn)企業(yè)的智能化控制要求。
　　七、帶動相關行業(yè)持續(xù)的特征：水泥工業(yè)與礦山、機械、新型材料（新型耐熱和保溫材料）的生產和應用、工程建設業(yè)密切相關，能夠在其間發(fā)揮應有的引領和促進作用。
　　但由于各種因素的（氛圍、資金、手段、技術、政策等）因素的影響，目前第二代新型干法水泥技術的特征體現(xiàn)，還存在著較大困難和難度。盡管如此，但蔡玉良表示，在現(xiàn)有情況下，第二代新型干法水泥生產技術再難，還需要繼續(xù)努力，不斷開拓、不斷創(chuàng)新、不斷實踐、不斷總結去完善和提高。同時他強調，第二代新型干法的研發(fā)不是個別企業(yè)的事情，需要行業(yè)共同努力，也需要國家相關政策的支持。[Page]
轉變系統(tǒng)設計理念 滿足個性化需求
　　今年5月27日，中材國際（南京）承擔的“特殊原、燃料條件下日產萬噸級熟料燒成系統(tǒng)開發(fā)與應用”項目通過，作為該項目的負責人蔡玉良向中國水泥網記者講述了該項目所的背景，近年來中材國際在承擔國外的項目中，除了遇到各式各樣的原、燃料條件約束或限制外，往往業(yè)主要求也比較獨特，這些就給水泥工程技術提出了更高地要求，例如：解決原、燃料中富含高揮發(fā)性物質（鉀、鈉、硫、氯）的系統(tǒng)內部循環(huán)富集問題，原料中含高磷物質導致水泥不凝結問題，要求系統(tǒng)能夠同時燃用各種燃料的問題等等顯然國內當時系統(tǒng)技術，難于滿足上述的要求；即當時，一方面國內的單一的以煤炭燃料為主的系統(tǒng)不能滿足業(yè)主需求；另一方面，由于國外項目中的原料含（有害）有成分不一樣，國內系統(tǒng)很少有與之對應的處理設施。目前，國內水泥生產線沒有“純”旁路放風系統(tǒng)，到了國外幾乎所有的中東市場都要求有旁路放風系統(tǒng)，以解決氯含量過高、堿含量過高的問題。這些就是“特殊原、燃料條件”。蔡玉良告訴記者，目前中材國際在沙特承擔建設的多條萬噸線，均因原料中的氯含量高較高，其系統(tǒng)最大放風量已經達到60%，是全球最大的放風處理系統(tǒng)；也是首次將該項新技術技術應用國外項目中，一旦不成功，無論對于公司、還是對于承擔項目的團隊，壓力非常巨大，公司在技術的研發(fā)和設計與施工過程中，往往因為一個不起眼的問題就需要相應的人員連續(xù)奮戰(zhàn)好多天才能完成，一個很小的不確定因素，只有反復論證和研究，才能質量，使得“走出去”的工作站得更穩(wěn)。
　　作為中材國際的總工程師，同時肩負著南京公司技術中心主任，蔡玉良系統(tǒng)總結了二十多年來的開發(fā)設計經驗。將以原、燃料適應系統(tǒng)原則的設計理念，轉換為以系統(tǒng)適應于原、燃料的設計理念，從而拓展了生產系統(tǒng)對環(huán)境和資源的適應能力，滿足了市場拓展的需要，從根本上改變了一種設計理念、方式，以前是以系統(tǒng)為主導，然后由外部環(huán)境和條件來滿足它，現(xiàn)在是以設計來滿足業(yè)主的需求為主導，凸顯適應性和個性化的設計理念。
　　就在接受本網采訪前，蔡玉良剛從溧陽天山水泥窯垃圾協(xié)同處置項目現(xiàn)場回來，在采訪過程中，也不時有各種技術問題遞交到他的手里需要解決。雖然工作相當忙碌，但是蔡玉良在談到新系統(tǒng)的開發(fā)完善、脫硝、利廢等自己所關注的各種行業(yè)技術問題時，依然認真地為我們進行解答，各種數(shù)據(jù)信手拈來，不禁讓我們深切地感受到他孜孜不倦地為水泥技術的發(fā)展而努力、鉆研。