科行：水泥脫硝技術(shù)的研發(fā)與工程應(yīng)用

科行集團(tuán)水泥脫硝技術(shù)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(tuán)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(lán)天白云，構(gòu)筑水泥工業(yè)環(huán)保系統(tǒng)”為主題。科行集團(tuán)水泥脫硝技術(shù)研究所副所長尹海濱做了以水泥脫硝技術(shù)的研發(fā)與工程應(yīng)用為主題的報(bào)告，以下是報(bào)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(jī)動車尾氣，居第三位，如果不采取進(jìn)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(dá)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(zāi)難性的后果。

目前水泥企業(yè)NOx排放現(xiàn)執(zhí)行GB 4915-2004標(biāo)準(zhǔn)，NOx排放不超過800mg/Nm³；這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)，新標(biāo)準(zhǔn)參照發(fā)達(dá)國家的水泥生產(chǎn)氮氧化合物排放標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合國內(nèi)具體情況而制定，預(yù)計(jì)新標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)可嚴(yán)格于國家標(biāo)準(zhǔn)

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

燃燒過程中控制技術(shù)-過程控制

（1）低NOx燃燒器

（2）空氣分級燃燒技術(shù)

（3）燃料分級燃燒技術(shù)（10~15%）

（二）燃燒后控制技術(shù)-末端治理

（1）選擇性催化還原技術(shù)（SCR）

（2）選擇性非催化還原技術(shù)（SNCR）

（3）SNCR/SCR聯(lián)合脫硝技術(shù)

水泥窯爐NOx減排技術(shù)

低空氣過量系數(shù)改造（窯頭供風(fēng)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(jìn)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(xué)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(shù)關(guān)鍵點(diǎn)在于優(yōu)化煤粉輸送用風(fēng)量和控制二次風(fēng)量，控制空氣過量系數(shù)在6%及以下。該技術(shù)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(guān)鍵設(shè)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(shè)計(jì)，應(yīng)用了空氣分級、燃料分級脫硝技術(shù)原理，降低著火氧的濃度適當(dāng)穩(wěn)定著火區(qū)的溫度，達(dá)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(diǎn)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(shí)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(yīng)，生產(chǎn)無害的氮?dú)夂退?。最佳反?yīng)溫度為320~350℃。主要反應(yīng)方程式：

4NO+4NH₃+O₂ →4N₂+ 6H₂O

6NO+4NH₃→5N₂+6H₂O

SCR工藝中溫高塵布置（高溫預(yù)除塵）

在預(yù)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(diǎn)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(yán)重，如果在前面加預(yù)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(yùn)行不穩(wěn)定，煙氣溫度低達(dá)不到催化劑需求溫度。

水泥廠的SCR脫硝技術(shù)無論從維護(hù)還是長期穩(wěn)定運(yùn)行的目的，都需要重視催化劑的吹灰系統(tǒng)，合理設(shè)計(jì)脫硝反應(yīng)器流場、催化劑硬化處理、合適的孔道設(shè)計(jì)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(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：

（1）NOx的減排效率高達(dá)80％～95％；

（2）還原劑氨的利用率高，高達(dá)95%以上，氨耗量較??；

（3）氨逃逸率低，正常小于3ppm

缺點(diǎn)：

（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(yīng):

氨水 4NO+4NH₃+O₂→4N₂+6H2O

尿素2NO+(NH₂)₂CO+1/2O₂→2N₂+2H₂O+CO₂　　

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

SNCR在水泥窯上應(yīng)用優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：

⑴一次投資少；

⑵系統(tǒng)簡單，維護(hù)成本較低；

⑶施工周期短；

⑷較適應(yīng)現(xiàn)水泥脫硝要求。

缺點(diǎn)：

⑴還原劑利用率低（30-60%）

⑵分解爐燃燒控制的波動導(dǎo)致脫硝效率不穩(wěn)定

⑶氨的逃逸率較大

SNCR工程安裝實(shí)施細(xì)節(jié)

每條生產(chǎn)線都有其特點(diǎn)，所以每個(gè)脫硝工程都要根據(jù)實(shí)際情況考慮工程細(xì)節(jié)的實(shí)施。

1、在氨區(qū)根據(jù)地理氣象，設(shè)置隔離、保溫、保護(hù)；

2、噴槍的工藝保護(hù)措施，如供風(fēng)；

3、模塊供貨，標(biāo)準(zhǔn)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(shù)比較

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