巴太斌：水泥行业深度脱硝技术探讨

一、背景

2020年9月,国家主席在第七十五届联合国大会一般性辩论上郑重宣示，中国二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。上述碳达峰与碳中和的时间表，也被称为“双碳”目标。

“双碳”目标不仅解决生态环保问题，还将引发一场广泛而深刻的经济社会变革。对广大工业企业而言，碳减排不作为，将会面临生存与发展的问题。

今年上半年经济复苏不如预期，表现在消费和投资信心不足，水泥行业的表现也不乐观，上半年水泥量价齐跌，河南水泥每吨售价降到了200多元，顾不住成本，被迫停产，这种严峻局面可能还会持续一段时间。最近国家出台了一些刺激政策，水泥行情也出现了一些积极变化。

专家分析，中国经济增长模式，正在从“资本”驱动，切换成“运营”驱动。水泥企业正在从粗放型向精细化转型。

经济学家把中国经济发展的过去分为上半场，现在和未来分为下半场。

上半场是从1979—2019的这40年，解决的核心问题就是资本的原始积累，通过资本的累积完成了两大任务：一是用钢筋混泥土做好基建和房子，二是推出各种互联网平台提高社会运转效率。在这个过程中，水泥行业从技术落后到世界领先，从供不应求到产能过剩，经历了立窑、湿法窑、干法中空窑、预热器窑和窑外分解窑的发展历程，这40年，水泥技术迅速发展，水泥行业受益匪浅。

下半场是在运营的推动下，要再通过“产品+内容”的填充，让社会有血有肉，只有运营好产品和内容才有出路！运营就是靠管理，使资源发挥出更大的社会价值。在中国经济转型的过程中，我们水泥企业要转变理念，跟上变化，适应新的发展需要，做好运营才有出路。

二、水泥企业环保现状

水泥厂的污染治理分析：水泥厂的主要污染源有粉尘、烟气、噪声、废水，经过环保治理，都能做到达标排放，因为不达标排放就被停产，还要被罚款，有强制性。水泥行业面临的主要问题是如何制定污染物排放指标，如何选择性价比高、成本低的污染治理技术。欧洲烟尘控制是差异化的，敏感地区要求严，不敏感地区要求松。

我们水泥人通过不懈的努力，在水泥厂烟尘治理方面已经走在世界前列，为了进一步提高环保治理水平，投入也越来越大，超低排放，给企业带来了很大的压力。

排放指标是不是越低越好？要从两方面考虑：一是从环保角度考虑，要根据环境容量的要求，不同地区环境容量要求不同，排放指标也应该是差异化的。二是从经济角度考虑，污染物排放量越低，资本投入就越大，增加企业负担和运行

成本，尤其是水泥市场不景气的情况下，企业压力会更大。

因此，从科学发展的角度来看，水泥厂烟尘排放量不一定是越低越好。

脱硝势在必行

按照每吨熟料NO_x排放系数为1.5-1.8kg/t熟料计算，2020年我国水泥工业窑炉排放的NO_x约为200万吨（水泥熟料按13亿吨计算），这两年因为熟料产量的下降，NO_x排放量也在下降，由于水泥行业排放总量占全国NOx总排放量的10%左右，是继火电发电厂和机动车之后的第三大排放源，因此，国家环保部门对水泥企业特别关注。政府出台了相关政策和标准，明确要求NO_x排放不达标不得生产。

水泥企业在氮氧化物减排方面急需寻找最佳出路。

三、脱硝技术

目前，国内水泥工业执行的排放标准为《水泥工业大气污染物排放标准》（GB4915-2013）。一些地方还出台了更为严格的排放标准，例如，浙江省出台的地方标准要求到2025年水泥窑炉烟气NO_x排放浓度小于50mg/Nm³，西南四省今年也出台了相关政策。此外，环保部颁发的《重污染天气重点行业应急减排技术指南》要求，水泥生产采用SNCR、SCR等技术达到超低排放，并且吨水泥熟料氨水消耗量小于4kg，才能认定为A级企业，享受相应的政策支持，补贴50%，奖励运行。

我国水泥工业从2007年开始全面推广非催化还原技术（SNCR)。SNCR技术的脱硝效率可高达60%（目前有新的突破）。这期间还有研究采用分级燃烧技术，即通过控制分解炉及管道中的燃烧工况，用不完全燃烧产生的CO来还原NO_x，分级燃烧技术的脱硝效率约为30%（目前有新的突破，可实现超低排放）。在煤电行业通过应用催化还原技术（SCR）实现超低排放之后，该技术（SCR）引入水泥行业经过适应期逐步成熟，但是，成本的增加、危废的产生仍是企业需要考虑的问题。

近几年，在分级燃烧技术的基础上，通过研究分解炉及管道中的燃烧工况，考虑尽量减少还原剂的使用和危废的产生，推出了管道还原法深度脱硝技术，经过南方水泥等多家水泥企业应用，取得了良好效果，达到超低排放指标。

管道还原法脱硝原理

窑内产生的NO_x还原方式：将分解炉的用煤分出一部分，喷入管道炉预热区，使其在管道炉缺氧的工况下形成“厌氧燃烧”，产生的CO与窑尾烟气中的NO_x发生反应，将窑内产生的NO_x还原成对环境无害的N₂气体。

管道脱硝技术是在脱硝炉内制造CO，调整脱硝炉喂料量，平衡还原区温度，充分还原来自于窑内的NO_x，实现NO_x的超低排放。

主要化学反应如下：

CO₂+C→2CO

2CO+2NO→N₂+2CO₂

4CO+2NO₂→N₂+4CO₂

管道脱硝工艺流程示意图

管道脱硝工艺

管道脱硝炉是一个单独的在线炉体，炉内产生的CO与窑内的NO_x在脱硝炉内充分反应还原后，再进入分解炉，即CO和NO_x完全在管道脱硝炉里反应还原。进入脱硝炉的物料，在平衡温度的同时，提前进行分解，对提高分解率和系统能力有一定帮助。

还原窑内产生的NO_x是在管道脱硝炉内完成，管道脱硝炉布置在窑尾烟室与分解炉之间，脱硝炉的进气口与窑尾烟室顶部缩口连接，脱硝炉的排气口与分解炉底部连接。脱硝炉的进气端开设煤粉入口和物料入口，脱硝炉内喂煤是为了产生CO，脱硝炉内喂料是为了平衡炉内温度。

应用管道脱硝技术的效益：

1.管道脱硝技术符合国家相关政策，实现NO_x排放浓度＜50mg/Nm³（10%O₂)的先进指标，运行中没有危废的产生，能有效改善当地环境质量，使水泥生产企业能够成为环境友好型企业，环保效益十分明显。

2.管道脱硝是利用工艺技术解决生产中产生NO_x的问题，实现NO_x超低排放，是一种新的技术突破，为水泥企业实现超低排放提供了新的技术途径，具有良好的社会效益。

3.应用管道脱硝技术，熟料产量有所提高，煤耗、电耗有所降低，无新增运行成本，经济效益显著。

管道脱硝应用案例：

南方水泥与郑州奥通合作，在南方水泥的江山、山亚、三明及常德等四家公司进行了管道脱硝技术改造，均取得了较好的效果。

国检集团技术调研小组于2023年5月对江山、山亚、三明三家公司技改情况进行调研，结论是管道脱硝技术运行稳定，操作简易，达到了超低排放指标，与同类技术对比，投资合理，运行成本较低，无催化剂消耗。

四、总结

国内外水泥届的科研工作者和企业家们，近几年投入很多精力和财力，研发了SNCR、SCR、LCR、分级燃烧、管道还原炉等多种脱硝手段，从改变运行条件到改进燃烧方法，形成多项专利成果，为环保事业做出了很大贡献。

在水泥生产过程中寻找脱硝办法，不用外来的催化剂、还原剂，也就是说在工艺过程中脱硝，实现超低排放，这是水泥人一直探讨的问题。据了解国内有一些公司在这方面的研究成果已经在多家水泥厂应用，实测数据表明，脱硝炉出口氮氧化物浓度可以达到零！实现深度脱硝之目的，运行成本低，没有二次污染，可高比例使用替代燃料。目前，由于漏风问题，有一小部分含有NOx的气体没有进入还原炉，而进入了分解炉、C5，还有分解炉内燃烧产生的NO_x ，结合现有的SNCR系统，可实现NO_x ＜50 mg/Nm³超低排放。

管道脱硝炉具有运行成本低、无二次污染、可超低排放、节能降碳等优点，是一个发展方向，为了实现无氨脱硝，还需要进一步研究：

1.研究如何减少锁风阀的漏风，使出烟室含NO_x气体不进入或少进入分解炉、C5，尽量全部经过管道炉脱硝；

2.加强分解炉CO燃烧机理研究，避免在分解炉中产生热力型氮氧化物；

3.加强燃料型氮氧化物产生机理研究，优化操作，探讨将尾煤全部喂入脱氮炉，避免或减少分解炉燃料型氮氧化物产生。

五、目标

加强科研投入，攻克技术难题，不断完善脱硝方法，最终实现无氨脱硝、超低排放！