科行：水泥脫硝技術的研發(fā)與工程應用

科行集團水泥脫硝技術研究所副所長尹海濱

11月23日，由中國水泥網(wǎng)主辦、北京金隅股份有限公司特別主辦、江蘇科行環(huán)保集團特別協(xié)辦的“2013第六屆中國水泥環(huán)保大會”在北京市江西大酒店拉開帷幕。本次會議以“為祖國的藍天白云，構(gòu)筑水泥工業(yè)環(huán)保系統(tǒng)”為主題。科行集團水泥脫硝技術研究所副所長尹海濱做了以水泥脫硝技術的研發(fā)與工程應用為主題的報告，以下是報告內(nèi)容：

中國在2007年全年氮氧化物的排放總量約為1800萬噸～2000萬噸；2010年全國水泥工業(yè)的NOx排放量接近220萬噸，占全國工業(yè)NOx排放總量的10%，僅次于電力行業(yè)和機動車尾氣，居第三位，如果不采取進一步的氮氧化物減排措施，到2030年我國氮氧化物排放量將達到3540萬噸，中國作為世界第一大NOx 排放國, 如此巨大的排放量將給公眾健康和生態(tài)環(huán)境帶來災難性的后果。

目前水泥企業(yè)NOx排放現(xiàn)執(zhí)行GB 4915-2004標準，NOx排放不超過800mg/Nm³；這個標準顯然已經(jīng)不符合現(xiàn)在的環(huán)保要求，所以國家即將出臺新的排放標準，新標準參照發(fā)達國家的水泥生產(chǎn)氮氧化合物排放標準，結(jié)合國內(nèi)具體情況而制定，預計新標準為：

（1）2014.7.1-2016.6.30 執(zhí)行500mg/Nm³

（2）2016.7.1以后，執(zhí)行400mg/Nm³

（3）新建生產(chǎn)線（2013.7.1開始環(huán)評的）從標準頒布之日起執(zhí)行320mg/Nm³

（4）敏感區(qū)域執(zhí)行200mg/Nm³

（5）氨逃逸≤8mg/Nm³

（6）地方標準可嚴格于國家標準

依靠目前水泥生產(chǎn)線自身的能力，NOx排放不可能達到新排放標準的要求，所以對生產(chǎn)線進行改造已是刻不容緩的事情，目前水泥窯NOx控制技術主要有：

燃燒過程中控制技術-過程控制

（1）低NOx燃燒器

（2）空氣分級燃燒技術

（3）燃料分級燃燒技術（10~15%）

（二）燃燒后控制技術-末端治理

（1）選擇性催化還原技術（SCR）

（2）選擇性非催化還原技術（SNCR）

（3）SNCR/SCR聯(lián)合脫硝技術

水泥窯爐NOx減排技術

低空氣過量系數(shù)改造（窯頭供風改造）

燃燒使燃燒過程盡可能在接近理論空氣量的條件下進行。隨著煙氣中過量氧的減少，可以抑制NOx 的生成。這是一種最簡單的降低NOx 排放的方法，NOx減排效率在10%左右。但如爐內(nèi)氧濃度過低，會造成CO濃度急劇增加，增加化學不完全燃燒熱損失，引起飛灰含碳量增加，燃燒效率下降。此技術關鍵點在于優(yōu)化煤粉輸送用風量和控制二次風量，控制空氣過量系數(shù)在6%及以下。該技術所受影響因素較多，是系統(tǒng)的改造工程。

低氮燃燒器（窯頭）

燃燒器是水泥窯燃燒系統(tǒng)中的關鍵設備。其降低NOx的原理：控制燃料型，減少熱力型 。

NOx絕大部分的燃料型NOx是在煤粉的著火階段生成的，通過優(yōu)化設計，應用了空氣分級、燃料分級脫硝技術原理，降低著火氧的濃度適當穩(wěn)定著火區(qū)的溫度，達到最大限度地抑制NOx生成的目的，低氮燃燒器對熱力型NOx控制點為低空氣過量系數(shù)，控制局部高溫和減少空氣在高溫區(qū)的停留時間。

無論是國內(nèi)還是國外對NOx的減排控制，都是優(yōu)先窯系統(tǒng)的工藝改造，之后在考慮選擇末端治理，

末端治理1-SCR

在300~400℃的工況條件下，煙氣中的NOx在有催化劑存在的情況下，同還原劑氨發(fā)生反應，生產(chǎn)無害的氮氣和水。最佳反應溫度為320~350℃。主要反應方程式：

4NO+4NH₃+O₂ →4N₂+ 6H₂O

6NO+4NH₃→5N₂+6H₂O

SCR工藝中溫高塵布置（高溫預除塵）

在預熱器出口位置布置SCR，可以滿足一般催化劑的使用溫度，高塵布置的難點在于此位置煙氣含量大，對催化劑的積灰堵塞、煙塵磨損、堿金屬毒化比較嚴重，如果在前面加預除塵效果會好很多，但投資成本較高。

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SCR工藝低溫低塵布置（低溫催化劑）

目前來說最好的布置位置，也是國內(nèi)大力研發(fā)低溫催化劑的原因，在窯尾除塵器后布置SCR工藝可以減少煙氣對催化劑的堵塞、磨損、減少催化劑中毒失效，但此處布置面臨著運行不穩(wěn)定，煙氣溫度低達不到催化劑需求溫度。

水泥廠的SCR脫硝技術無論從維護還是長期穩(wěn)定運行的目的，都需要重視催化劑的吹灰系統(tǒng)，合理設計脫硝反應器流場、催化劑硬化處理、合適的孔道設計與節(jié)距選擇、合適的清灰措施與周期，保證催化劑的使用效率。

SCR優(yōu)缺點

優(yōu)點：

（1）NOx的減排效率高達80％～95％；

（2）還原劑氨的利用率高，高達95%以上，氨耗量較?。?

（3）氨逃逸率低，正常小于3ppm

缺點：

（1）投資大，工期長；

（2）催化劑中毒失效

末端治理2－SNCR

主要反應:

氨水 4NO+4NH₃+O₂→4N₂+6H2O

尿素2NO+(NH₂)₂CO+1/2O₂→2N₂+2H₂O+CO₂　　

反應溫度: 760~1090℃，最佳反應溫度：870~1050℃，脫硝效率50~70%之間。

SNCR在水泥窯上應用優(yōu)缺點

優(yōu)點：

⑴一次投資少；

⑵系統(tǒng)簡單，維護成本較低；

⑶施工周期短；

⑷較適應現(xiàn)水泥脫硝要求。

缺點：

⑴還原劑利用率低（30-60%）

⑵分解爐燃燒控制的波動導致脫硝效率不穩(wěn)定

⑶氨的逃逸率較大

SNCR工程安裝實施細節(jié)

每條生產(chǎn)線都有其特點，所以每個脫硝工程都要根據(jù)實際情況考慮工程細節(jié)的實施。

1、在氨區(qū)根據(jù)地理氣象，設置隔離、保溫、保護；

2、噴槍的工藝保護措施，如供風；

3、模塊供貨，標準化安裝程序；

4、安全配置，氨泄漏檢測、自動噴淋、溫度控制、洗眼器等。

SNCR對水泥生產(chǎn)工藝、質(zhì)量的影響等

影響輻射特性：水分蒸發(fā)后體積濃度約為0.5%，由于濃度很低，不會顯著影響煙氣的輻射傳熱。

影響熱物理性質(zhì)：不會顯著改變

增加煙氣的流量：水分蒸發(fā)后增加0.3%

吸收煙氣的熱量：降低熱效率 0.35%

對余熱鍋爐的影響是微小的

對除塵器沒有影響

對熟料質(zhì)量的無明顯影響

LNB、SNCR、SCR脫硝技術比較

對于水泥工業(yè)的脫硝方案，分步式的實施，選擇的高靈活性根據(jù)不同地區(qū)和時段要求，應該遵循優(yōu)先工藝改造根據(jù)以后的排放標準來逐步選擇其他脫硝方式。