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，構筑水泥工業(yè)環(huán)保系統(tǒng)”為主題?？菩屑瘓F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)達國家的水泥生產氮氧化合物排放標準，結合國內具體情況而制定，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，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)

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

1、在氨區(qū)根據地理氣象，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對水泥生產工藝、質量的影響等

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：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不同地區(qū)和時段要求，應該遵循優(yōu)先工藝改造根據以后的排放標準來逐步選擇其他脫硝方式。