[原创]中材国际蔡玉良：水泥脱硝应以分级燃烧技术为主，以SNCR技术为辅

　　近日，中国水泥网记者专访了中材国际工程股份有限公司总工程师，“全国工程勘察设计大师”蔡玉良，就水泥生产企业NOx减排、水泥窑协同处置垃圾、第二代新型干法水泥技术、工程系统设计理念等行业热门话题进行了深入交流。

　　

中国中材国际工程股份有限公司总工程师蔡玉良

水泥行业脱硝应以分级燃烧主，SNCR技术为辅，降低脱硝运行成本，确保水泥企业能够长期有效的满足氮氧化物减排的控制需要
　　水泥行业脱硝是当前的热门话题，蔡玉良表示对之大家很容易忽视一个问题：水泥熟料生产线产生的氮氧化物基数变化范围很大，不同的水泥企业，其初始基数会有不同。水泥窑NOx产生受几个因素影响：1.燃料。如果烧的燃料里有机氮较多的话，那么燃用燃料的生产系统产生的NOx就比较多；2. 温度。超过1400度，NOx产生量将随温度的升高成指数倍增。不同水泥品种对煅烧温度要求不一样，普通水泥、白水泥、高硅水泥等对煅烧温度的要求是不一样的，温度越高，产生的NOx量就越多。
　　要控制NOx，首先要搞清楚水泥生产企业的原始基数情况，然后根据具体的情况，制定相应的解决方案。
　　众所周知，NOx的产生主要源于分解炉内产生的燃料型NOx和回转窑内产生的燃料型NOx和热力型NOx的总和。分解炉内的操作温度一般不超过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转化成NOx（主要是NO），回转窑内的孰料煅烧温度约1450℃，需要的气体火焰温度在1850℃以上，除了燃料氮直接转化成NOx外，还因温度较高，空气中的氮直接转化成热力NOx。一般情况下，回转窑内产生的燃料型和热力型NOx的总和占系统中NOx产生总量的65%~75%，分解炉内产生的燃料型NOx约占系统总量的35%~25%。
　　分级燃烧技术就在回转窑和分解炉之间增设一个独立的还原燃烧区，将部分燃料转移到还原区内燃烧，形成还原气氛，达到还原回转窑中产生NOx的目的。一般情况下分级燃烧的脱氮效率可达60%，而回转窑内产生的NOx约占系统总量的65%~75%，因此，对于整个系统来说，分解燃烧的脱氮效率也仅有45%，也就是说氮氧化物分级燃烧不可能达到50%。因为分级燃烧本身的效率只有60%，仅解决70%的60%的脱氮任务，显然达不到《水泥行业准入条件》中脱除NOx效率60%的要求。
　　蔡玉良表示之所以强调分级燃烧技术的应用，是因为分级燃烧技术解决40%左右NOx的脱出问题，不需要化太多成本，仅有少量的设备改动成本，但分级燃烧对系统的操作要求比较高，尤其对窑尾的氧含量控制要在0.8%左右，通过改变窑尾分解底的喷煤方式，以改变燃烧区域环境气氛，实现40%左右的脱硝目的。如果不采用分级燃烧，全部采用SNCR喷氨方式，会增加脱硝运行的成本，相比，一吨水泥熟料成本要增加4~5元甚至更多，在当前水泥企业本身利润不多的情况下，单纯采用SNCR脱硝将大大降低企业的市场竞争力，企业难于承受，在监管不严的情况下，SNCR将会很快成为摆设。除此之外，低NOx燃烧器的应用也应成为水泥企业选择使用的技术措施之一。
　　因此，蔡玉良认为水泥企业不应拒绝分级燃烧技术和低氮燃烧器的应用，在可能的情况下，必须优先选用分级燃烧技术和低氮燃烧器，以降低系统的NOx基数，如果上述技术难于达到控制的目标要求，再采用SNCR喷氨技术进一步处理。这样就能保证水泥生产企业在脱氮上有效性，而且运行成本低；如果直接上SNCR喷氨技术系统，运行成本太高，很有可能企业今天上了系统，到后来就不运行了。
　　蔡玉良认为，目前SCR技术应用于中国水泥企业暂时尚不合适，除非开发出能够满足低温（80℃~120℃）操作要求的催化剂。其主要原因在于：一方面：现有SCR技术（用于SCR催化剂产品）的催化剂有效工作温度窗口约300多度，同时还需要相对“干净”的烟气，以防止催化剂失效或中毒，而水泥厂的烟气300℃的情况下，其含尘浓度高达80~120g/Nm³，如此高的粉尘浓度，极易导致催化剂功能失效或中毒，。另一方面，目前大部分水泥生产线都建有余热发电装置，无论实施的空间和条件均不能够满足实施SCR技术的要求。不仅如此，即使能够使用，其投资和运行费用均较高。[Page]
水泥窑协同处置生活垃圾的技术已经成熟，鼓励政策和监管体系应该进一步补充完善
　　今年4月底，中材国际在江苏溧阳建设的水泥窑无害化协同处置450吨/日生活垃圾示范线项目进入调试期，到目前已经过去了半年多时间。蔡玉良告诉记者，该示范线可日处理500吨城市生活垃圾，年处理总量为18.25万吨，由中国中材国际工程股份有限公司（预处理车间）和新疆天山水泥股份有限公司（水泥厂接纳部分）分别出资承担建设并联合运营管理。
　　在半年多的调试期中，遇到了各种各样的困难。譬如季节变化因素，导致垃圾状态变化对设备影响很大；垃圾种类复杂，包括农村垃圾（藤状农作物）、城市垃圾、工业垃圾等，使处理难度增加；新设计的设备在实际应用上遇了一些问题，而每个问题的解决均需要一定的时间。蔡玉良表示，尽管在实际运用中随着季节时间的变化，所遇到的问题，均努力得到了有效地解决。不容置疑水泥窑无害化协同处置生活垃圾技术已经非常成熟。
　　“今天控制的是未来的东西”， 蔡玉良表示水泥窑协同处置生活垃圾是好的，但是也要对其进行严格的污染监控，避免造成二次污染。尽管国内水泥窑协同处置城市生活垃圾方面技术已经比较成熟，但是蔡玉良告诉记者目前国内对其的环保监控方面相比国外还是有较大差距，国外水泥窑协同处置监控指标非常多（多达12种之多），粉尘、SOx、NOx、CO、氨、甲烷、VOC（挥发性有机化合物）、苯类化合物、汞等在线监测指标和定期检测分析的指标为：二恶英、重金属等非在线监控指标。
　　此外，水泥厂不仅可以生产水泥，还可以处理各类废弃物（危废、生活垃圾、污泥、有机溶剂等）、另外，自身也有一些资源等待开发和挖掘利用。目前比较成功的是余热利用，除此之外，废气中的一些气体也可以回收利用。例如二氧化碳，可以收集用于合成纳米级无机盐填充材料，还可以利用生物吸收生成生物能源等，同时还可达到减排的目的以前之所以都没有利用起来，是因为工业体系不完整没有链接起来，很多产业链断掉了，比如氯碱工业，在生产中会产生大量的电石渣（氢氧化钙），以前大多堆放无用，现在产业链接起来了，可以把电石渣（氢氧化钙）用作脱硫剂、生产水泥，还可以利用来合成纳米碳酸钙微粉，纳米碳酸钙微粉用处很多，在造纸、涂料、油漆、pvc塑料、电线绝缘皮、甚至牙膏等行业均较广泛的应用。
　　为了能够让更多的水泥生产企业积极地参与社会污染物的控制和处理，提高水泥生产系统对污染物的处理能力，国家应该在此方面出台相应的鼓励政策，并保证水泥企业能够长期积极有效地处置废弃物，同时，为了满足环保控制要求，必须建立和加强监管控制体系的建设，确保环境控制指标的实现。[Page]
第二代新型干法水泥技术节能环保特征明显 研发需要行业努力、国家支持
　　作为第二代新型干法水泥研发工作小组成员，蔡玉良向记者讲述了第二代新型干法水泥生产技术，应该具备如下一些特征：
　　一、节能降耗特征，在现有新型干法水泥生产技术的基础上，继续协同优化水泥生产各子系统，进一步地提高各子系统换热效率和能源利用效率；
　　二、废弃物处置特征：在保证环境和设备安全的条件下，最大限度地提高系统对废弃物的处理能力，满足水泥窑协同处置城市生活垃圾、工业废弃物、危险废弃物、污泥等控制和资源最大化的利用要求，实现除了生产水泥材料职能外，还应承担起工业化社会和人类生活排放废弃物的控制和处置方面的社会职能。
　　三、具有较强污染物扩散控制的特征：尤其要以满足大气污染控制要求，实现多项在线指标的监控和离线协同监控的环保目标；
　　四、具有鲜明的技术结构特征：应该在现有技术的基础上，经过努力开拓，使其具有鲜明结构和时代特征。
　　五、适应新体系胶凝材料的生产特征：经过努力和技术创新，继续研发和拓展新型、高强结构胶凝材料或混合体系下的胶凝材料的生产技术。
　　六、具有智能化生产控制特征：在现有的基础上，进一步提高各生产系统的智能化控制水平，实现企业的智能化控制要求。
　　七、带动相关行业持续的特征：水泥工业与矿山、机械、新型材料（新型耐热和保温材料）的生产和应用、工程建设业密切相关，能够在其间发挥应有的引领和促进作用。
　　但由于各种因素的（氛围、资金、手段、技术、政策等）因素的影响，目前第二代新型干法水泥技术的特征体现，还存在着较大困难和难度。尽管如此，但蔡玉良表示，在现有情况下，第二代新型干法水泥生产技术再难，还需要继续努力，不断开拓、不断创新、不断实践、不断总结去完善和提高。同时他强调，第二代新型干法的研发不是个别企业的事情，需要行业共同努力，也需要国家相关政策的支持。[Page]
转变系统设计理念 满足个性化需求
　　今年5月27日，中材国际（南京）承担的“特殊原、燃料条件下日产万吨级熟料烧成系统开发与应用”项目通过，作为该项目的负责人蔡玉良向中国水泥网记者讲述了该项目所的背景，近年来中材国际在承担国外的项目中，除了遇到各式各样的原、燃料条件约束或限制外，往往业主要求也比较独特，这些就给水泥工程技术提出了更高地要求，例如：解决原、燃料中富含高挥发性物质（钾、钠、硫、氯）的系统内部循环富集问题，原料中含高磷物质导致水泥不凝结问题，要求系统能够同时燃用各种燃料的问题等等显然国内当时系统技术，难于满足上述的要求；即当时，一方面国内的单一的以煤炭燃料为主的系统不能满足业主需求；另一方面，由于国外项目中的原料含（有害）有成分不一样，国内系统很少有与之对应的处理设施。目前，国内水泥生产线没有“纯”旁路放风系统，到了国外几乎所有的中东市场都要求有旁路放风系统，以解决氯含量过高、碱含量过高的问题。这些就是“特殊原、燃料条件”。蔡玉良告诉记者，目前中材国际在沙特承担建设的多条万吨线，均因原料中的氯含量高较高，其系统最大放风量已经达到60%，是全球最大的放风处理系统；也是首次将该项新技术技术应用国外项目中，一旦不成功，无论对于公司、还是对于承担项目的团队，压力非常巨大，公司在技术的研发和设计与施工过程中，往往因为一个不起眼的问题就需要相应的人员连续奋战好多天才能完成，一个很小的不确定因素，只有反复论证和研究，才能质量，使得“走出去”的工作站得更稳。
　　作为中材国际的总工程师，同时肩负着南京公司技术中心主任，蔡玉良系统总结了二十多年来的开发设计经验。将以原、燃料适应系统原则的设计理念，转换为以系统适应于原、燃料的设计理念，从而拓展了生产系统对环境和资源的适应能力，满足了市场拓展的需要，从根本上改变了一种设计理念、方式，以前是以系统为主导，然后由外部环境和条件来满足它，现在是以设计来满足业主的需求为主导，凸显适应性和个性化的设计理念。
　　就在接受本网采访前，蔡玉良刚从溧阳天山水泥窑垃圾协同处置项目现场回来，在采访过程中，也不时有各种技术问题递交到他的手里需要解决。虽然工作相当忙碌，但是蔡玉良在谈到新系统的开发完善、脱硝、利废等自己所关注的各种行业技术问题时，依然认真地为我们进行解答，各种数据信手拈来，不禁让我们深切地感受到他孜孜不倦地为水泥技术的发展而努力、钻研。