科行：水泥脱硝技术的研发与工程应用

科行集团水泥脱硝技术研究所副所长尹海滨

11月23日，由中国水泥网主办、北京金隅股份有限公司特别主办、江苏科行环保集团特别协办的“2013第六届中国水泥环保大会”在北京市江西大酒店拉开帷幕。本次会议以“为祖国的蓝天白云，构筑水泥工业环保系统”为主题。科行集团水泥脱硝技术研究所副所长尹海滨做了以水泥脱硝技术的研发与工程应用为主题的报告，以下是报告内容：

中国在2007年全年氮氧化物的排放总量约为1800万吨～2000万吨；2010年全国水泥工业的NOx排放量接近220万吨，占全国工业NOx排放总量的10%，仅次于电力行业和机动车尾气，居第三位，如果不采取进一步的氮氧化物减排措施，到2030年我国氮氧化物排放量将达到3540万吨，中国作为世界第一大NOx 排放国, 如此巨大的排放量将给公众健康和生态环境带来灾难性的后果。

目前水泥企业NOx排放现执行GB 4915-2004标准，NOx排放不超过800mg/Nm³；这个标准显然已经不符合现在的环保要求，所以国家即将出台新的排放标准，新标准参照发达国家的水泥生产氮氧化合物排放标准，结合国内具体情况而制定，预计新标准为：

（1）2014.7.1-2016.6.30 执行500mg/Nm³

（2）2016.7.1以后，执行400mg/Nm³

（3）新建生产线（2013.7.1开始环评的）从标准颁布之日起执行320mg/Nm³

（4）敏感区域执行200mg/Nm³

（5）氨逃逸≤8mg/Nm³

（6）地方标准可严格于国家标准

依靠目前水泥生产线自身的能力，NOx排放不可能达到新排放标准的要求，所以对生产线进行改造已是刻不容缓的事情，目前水泥窑NOx控制技术主要有：

燃烧过程中控制技术-过程控制

（1）低NOx燃烧器

（2）空气分级燃烧技术

（3）燃料分级燃烧技术（10~15%）

（二）燃烧后控制技术-末端治理

（1）选择性催化还原技术（SCR）

（2）选择性非催化还原技术（SNCR）

（3）SNCR/SCR联合脱硝技术

水泥窑炉NOx减排技术

低空气过量系数改造（窑头供风改造）

燃烧使燃烧过程尽可能在接近理论空气量的条件下进行。随着烟气中过量氧的减少，可以抑制NOx 的生成。这是一种最简单的降低NOx 排放的方法，NOx减排效率在10%左右。但如炉内氧浓度过低，会造成CO浓度急剧增加，增加化学不完全燃烧热损失，引起飞灰含碳量增加，燃烧效率下降。此技术关键点在于优化煤粉输送用风量和控制二次风量，控制空气过量系数在6%及以下。该技术所受影响因素较多，是系统的改造工程。

低氮燃烧器（窑头）

燃烧器是水泥窑燃烧系统中的关键设备。其降低NOx的原理：控制燃料型，减少热力型 。

NOx绝大部分的燃料型NOx是在煤粉的着火阶段生成的，通过优化设计，应用了空气分级、燃料分级脱硝技术原理，降低着火氧的浓度适当稳定着火区的温度，达到最大限度地抑制NOx生成的目的，低氮燃烧器对热力型NOx控制点为低空气过量系数，控制局部高温和减少空气在高温区的停留时间。

无论是国内还是国外对NOx的减排控制，都是优先窑系统的工艺改造，之后在考虑选择末端治理，

末端治理1-SCR

在300~400℃的工况条件下，烟气中的NOx在有催化剂存在的情况下，同还原剂氨发生反应，生产无害的氮气和水。最佳反应温度为320~350℃。主要反应方程式：

4NO+4NH₃+O₂ →4N₂+ 6H₂O

6NO+4NH₃→5N₂+6H₂O

SCR工艺中温高尘布置（高温预除尘）

在预热器出口位置布置SCR，可以满足一般催化剂的使用温度，高尘布置的难点在于此位置烟气含量大，对催化剂的积灰堵塞、烟尘磨损、碱金属毒化比较严重，如果在前面加预除尘效果会好很多，但投资成本较高。

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SCR工艺低温低尘布置（低温催化剂）

目前来说最好的布置位置，也是国内大力研发低温催化剂的原因，在窑尾除尘器后布置SCR工艺可以减少烟气对催化剂的堵塞、磨损、减少催化剂中毒失效，但此处布置面临着运行不稳定，烟气温度低达不到催化剂需求温度。

水泥厂的SCR脱硝技术无论从维护还是长期稳定运行的目的，都需要重视催化剂的吹灰系统，合理设计脱硝反应器流场、催化剂硬化处理、合适的孔道设计与节距选择、合适的清灰措施与周期，保证催化剂的使用效率。

SCR优缺点

优点：

（1）NOx的减排效率高达80％～95％；

（2）还原剂氨的利用率高，高达95%以上，氨耗量较小；

（3）氨逃逸率低，正常小于3ppm

缺点：

（1）投资大，工期长；

（2）催化剂中毒失效

末端治理2－SNCR

主要反应:

氨水 4NO+4NH₃+O₂→4N₂+6H2O

尿素2NO+(NH₂)₂CO+1/2O₂→2N₂+2H₂O+CO₂　　

反应温度: 760~1090℃，最佳反应温度：870~1050℃，脱硝效率50~70%之间。

SNCR在水泥窑上应用优缺点

优点：

⑴一次投资少；

⑵系统简单，维护成本较低；

⑶施工周期短；

⑷较适应现水泥脱硝要求。

缺点：

⑴还原剂利用率低（30-60%）

⑵分解炉燃烧控制的波动导致脱硝效率不稳定

⑶氨的逃逸率较大

SNCR工程安装实施细节

每条生产线都有其特点，所以每个脱硝工程都要根据实际情况考虑工程细节的实施。

1、在氨区根据地理气象，设置隔离、保温、保护；

2、喷枪的工艺保护措施，如供风；

3、模块供货，标准化安装程序；

4、安全配置，氨泄漏检测、自动喷淋、温度控制、洗眼器等。

SNCR对水泥生产工艺、质量的影响等

影响辐射特性：水分蒸发后体积浓度约为0.5%，由于浓度很低，不会显著影响烟气的辐射传热。

影响热物理性质：不会显著改变

增加烟气的流量：水分蒸发后增加0.3%

吸收烟气的热量：降低热效率 0.35%

对余热锅炉的影响是微小的

对除尘器没有影响

对熟料质量的无明显影响

LNB、SNCR、SCR脱硝技术比较

对于水泥工业的脱硝方案，分步式的实施，选择的高灵活性根据不同地区和时段要求，应该遵循优先工艺改造根据以后的排放标准来逐步选择其他脱硝方式。