水泥新型脫硝技術(shù)降低氮氧化物排放

1、水泥研發(fā)新型脫硝技術(shù)降低氮氧化物排放我國在“十二五”規(guī)劃中新增了氨氮（NH3）和氮氧化物（NOX）排放的兩項大氣污染物的約束性指標。然而，2011年上半年的核查結(jié)果顯示，NH3和NOX的減排形勢不容樂觀，壓力很大。究其原因，環(huán)保部認為主要是能源總消耗和工藝生產(chǎn)排放的NOX增加過快，燃煤電廠和水泥廠等脫硝工程尚未大規(guī)模開展，淘汰落后產(chǎn)能的規(guī)模和力度減弱等原因所致。因為水泥窯是典型的高溫裝備，加之過去半個多世紀以來，我國落后水泥（立窯為主）給人們留下的污染印象很深刻，所以現(xiàn)今的水泥行業(yè)很自然被認為是工業(yè)NOX排放的主要污染源之一。有人說水泥行業(yè)NOX排放高達總量的一半，也有人說僅次于燃煤電廠和汽車

2、尾氣，排名第三，占總量的20%等。隨著近10多年來新型干法水泥大規(guī)模淘汰取代落后水泥的巨大技術(shù)進步，我國新型干法水泥熟料在總產(chǎn)量的占比由6%上升到85%以上，水泥工業(yè)已經(jīng)發(fā)生了翻天覆地的變化，總體已達到了國際先進水平。我國的水泥技術(shù)與成套裝備在國際市場上已占有40%的份額，成為國際水泥行業(yè)迅速崛起的新引擎?？梢哉f，如今我國水泥工業(yè)的人才、技術(shù)、裝備、管理、環(huán)保和創(chuàng)新等綜合水平與幾十年前有了天壤之別。但是我國水泥工業(yè)在公眾腦海里的污染印象尚未消除。我國水泥工業(yè)環(huán)保新形象要樹立，尚需時日，對此我們不僅應予以理解，更要從中吸取教訓。對于我國水泥工業(yè)粉塵（固體顆粒物）、SO2、NOX、F和CO2歷年的

3、排放量，國家統(tǒng)計局（全國工業(yè)排放）和中國水泥年鑒（水泥工業(yè)排放）的數(shù)據(jù)比較準確。2009年，我國工業(yè)NOX排放約1530萬噸，其中水泥工業(yè)為87萬噸，占總量的6%，相當于每噸熟料排放0.83kgNOX。環(huán)保部規(guī)劃研究院的資料顯示，2010年全國工業(yè)NOX排放總量為1700萬噸，比2009年增長10%，其中火力發(fā)電占40%，固定源工業(yè)燃燒（工業(yè)鍋爐、窯爐、燒結(jié)機、水泥窯等）占30%，移動源汽車尾氣等占30%。根據(jù)中國建材科研總院和合肥水泥研究設計院2009年對我國9條25005000t/d水泥熟料生產(chǎn)線NOX排放的實測數(shù)據(jù)顯示，其最低的是377mg/m3（標），最高的是1620mg/m3（標）。

4、綜合分析的初步結(jié)論是現(xiàn)今我國5000t/d、2500t/d和1500t/d新型干法水泥窯的NOX排放分別為600mg/m3（標）、1100mg/m3（標）和1600mg/m3（標），全國加權(quán)平均值不超過800mg/m3（標）。因為新型干法水泥窯的熟料熱耗比落后窯節(jié)省了30%60%，單位熟料的廢氣量相應減少，加之又有約60%左右的煤改在溫度較低的分解爐中燃燒，只有40%的煤在窯頭高溫燃燒，因而使NOX的生成量又有較大幅度的下降，最終導致單位熟料的NOX排放大幅減少。如果我們選取全國水泥窯NOX實際排放濃度加權(quán)平均為700mg/m3（標），單位水泥熟料的廢氣量為1800m3（標）/t熟料，計算可得

5、單位熟料的實際NOX排放為1.26kg/t熟料。2009年，我國水泥熟料產(chǎn)量是10.1億噸，即水泥工業(yè)NOX排放量為127萬噸。然而實際的統(tǒng)計數(shù)據(jù)是87萬噸，造成這樣差別可能有兩個原因，一是統(tǒng)計不完全，漏報或少報；二是選取的加權(quán)平均值700mg/m3（標）偏大，實際情況或許小于700mg/m3（標）。所以如果有人質(zhì)疑水泥工業(yè)2009年NOX排放量的統(tǒng)計數(shù)據(jù)87萬噸偏少的話，那么其調(diào)整后可能的最大值也不會超過127萬噸。我國現(xiàn)行的水泥工業(yè)環(huán)保標準（GB4915-2004）對NOX排放限值是800mg/m3（標），即2.4kg/t熟料，尚未實施的HJ/TXX清潔生產(chǎn)標準水泥行業(yè)（草案）中規(guī)定，一、

6、二、三級分別是0.8kg、2.0kg、3.0kgNOX/t熟料，相當于240mg/m3（標）、600mg/m3（標）、900mg/m3（標）。顯然新型干法水泥熟料生產(chǎn)線現(xiàn)在多數(shù)已接近或低于800mg/m3（標）的規(guī)定，只是某些早年建設的1500t/d以下的新型干法水泥窯的NOX排放會高達1400mg/m3（標）左右，而這類窯本身已屬待改造或淘汰之列。此外，如果按2.4kg/tNOX熟料計，因新型干法水泥窯的熟料單位廢氣排放量已由原先制定GB4915-2004標準時所采用的3000m3（標）/t熟料大幅降低到了18002000m3（標）/t熟料，即使在800mg/m3（標）的條件下，其實際的NO

7、X排放相應地已降到1.6kg/t熟料左右，可以滿足2.4kg/t熟料的現(xiàn)行環(huán)保限額。所以在繼續(xù)實施GB4915-2004環(huán)保標準的情況下，很難想象有多少水泥企業(yè)會主動提高排放標準而專門新增脫硝裝備。除非是在一些經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)，因國家區(qū)域性重點硫氮排放控制措施的特殊要求，有些水泥企業(yè)才有可能會考慮增設脫硝設施。自上世紀60年代開始，鑒于當時水泥廠的粉塵污染十分嚴重，有關(guān)部門向一些水泥廠每年收取一定的排塵費。然而10多年來新型干法水泥徹底顛覆了立窯水泥的排污形象之后，許多新型干法生產(chǎn)線的粉塵和SO2排放已遠低于國標規(guī)定。但由于歷史和現(xiàn)實的各種因素及長期養(yǎng)成的收交排塵費的“習慣”，許多水泥廠出于各種考

8、慮，始終繼續(xù)交納“排污費”。如此這般，許多運營管理和排放都不錯的新型干法水泥企業(yè)依然按慣例交費，這無形中成為其NOX超標排放的“口實”。2010年年底，工業(yè)和信息化部關(guān)于水泥產(chǎn)業(yè)節(jié)能減排的指導意見中提出，到2015年年底，全國水泥工業(yè)的NOX排放量要比2009年減少25%，顆粒物排放要減少50%。按照該指導意見及我國水泥生產(chǎn)發(fā)展趨勢的預測，2015年水泥工業(yè)的顆粒物排放將由2009年的358萬噸降到179萬噸，相當于0.750.82kg/t水泥或1.151.26kg/t熟料或576629mg/m3（標）。至于2015年水泥工業(yè)NOX排放要由2009年的87萬噸減少到65萬噸，相當于0.420.

9、45kg/t熟料或233255mg/m3（標）的問題。根據(jù)現(xiàn)已掌握的各種脫硝技術(shù)，NOX排放5年之內(nèi)要從現(xiàn)今的全國平均700mg/m3（標）降到250mg/m3（標），時間緊迫，這就需要水泥行業(yè)立刻修訂現(xiàn)有的NOX排放標準；加緊研發(fā)效率高又經(jīng)濟實用的新型脫硝技術(shù)等。這其中許多基礎性的工作是不能“跨越”的，必須扎實地做好才能保障目標實現(xiàn)。歐洲水泥工業(yè)脫硝應用介紹來源：中國水泥網(wǎng)信息中心     發(fā)布日期：2011-11-10核心提示：在第四屆（2011）中國水泥環(huán)保大會上，瑞典Petro Millo公司副總裁Bengt-Ake-Hellmansson為我們

10、帶來了歐洲水泥工業(yè)脫硝應用介紹的的主題報告，報告從歐洲水泥工業(yè)現(xiàn)狀開始，包括生產(chǎn)技術(shù)和歐洲水泥行業(yè)的脫硝現(xiàn)狀，還介紹了歐盟關(guān)于NOx排放的相關(guān)規(guī)范和歐洲水泥工業(yè)脫硝未來的發(fā)展趨勢，另外著重介紹了SNCR工藝，指出西歐大部分水泥廠都配備了SNCR系統(tǒng)，并配以具體案例介紹歐洲水泥工業(yè)脫硝的經(jīng)驗和應用，對比氨水和尿素兩種還原劑達到的NOx去除率，最后得出結(jié)論：使用氨水的SNCR技術(shù)能夠滿足最嚴格的NOx的降低需求。 瑞典Petro Millo公司副總裁Bengt-Ake-Hellmansson1. 歐洲水泥工業(yè)現(xiàn)狀生產(chǎn)技術(shù)：在歐洲水泥生產(chǎn)能力一般從1000到5500t/d，有不同的技術(shù)類別，包括：預

11、熱器，預分解窯，立波爾窯和長轉(zhuǎn)窯。根據(jù)Petro Millo公司的經(jīng)驗，SNCR脫硝技術(shù)同時適用于干法和濕法。行業(yè)脫硝現(xiàn)狀：2009年，在歐洲有283條水泥生產(chǎn)線。西歐大部分水泥廠都配備SNCR系統(tǒng)。東歐也有50家配備了SNCR系統(tǒng)。Petro Millo公司在20年前安裝了第一套SNCR系統(tǒng)，所以在SNCR有著豐富的經(jīng)驗。在歐洲，目前僅有一套水泥SCR系統(tǒng)，在德國。2.歐盟關(guān)于NOx排放的相關(guān)規(guī)范以非廢棄物作為燃料的水泥廠的歐盟指令工廠采用干法（帶余熱回收）的要求是1200mg/Nm3每24小時的平均值。工廠采用半干法的是1500mg/Nm3每24小時的平均值。工廠采用濕法和干法（不帶廢熱回

12、收）的是1800mg/Nm3每24小時的平均值。2000/76/EU以廢物焚燒水泥廠的歐盟指令使用40%以下廢物作燃料的現(xiàn)有工廠是800mg/Nm3每24小時的平均值。使用40%以下廢物作燃料的新建工廠是500mg/Nm3每24小時的平均值。使用超過40%以上廢物作燃料的工廠，局部地區(qū)更嚴格規(guī)定24小時的平均值是200mg/Nm3，在德國可以看到。使用廢物的典型類型：輪胎，塑料絨毛，廢油，動物脂肪，生活垃圾和木材。未來的趨勢長轉(zhuǎn)窯應采用800 mg/Nm3，預熱器和預分解窯應采用500 mg/Nm3，局部更嚴格的法規(guī)是200 mg/Nm3。3. 水泥廠SNCR工藝SNCR采用兩種不同還原劑，兩

13、種還原劑對比：氨水比較適宜，因為氨水反應更直接，有著高效的去除率，較低氨逃逸和較高的化學反應效率。尿素相比與氨水，反應更復雜，會形成笑氣(溫室氣體），較低的去除率，較高的氨逃逸和較高的CO形成。溫度的影響4. 使用尿素或氨水能達到的NOx去除率Petro Millo公司用過去多年在25家水泥廠的應用經(jīng)驗得出：SNCR用氨水可達到70-90%的NOx去除率；SNCR用尿素可達到30-40%的NOx去除率；SNCR用氨水可達到60-85%的化學效率；SNCR用尿素可達到20-40%的化學效率。5.費用對比-舉例40%的尿素和25%的氨水的使用耗量評估 還原劑 去除率 每年耗量（噸） 預計成本（年）

14、尿素40% 25% 3168 歐元 506,880.00 尿素40% 55% 7524 歐元 1,203,840.00 氨水 25% 25% 1029 歐元164,586.24 氨水 25% 55% 2424 歐元 387,878.40 去除率 節(jié)約的成本（年） 25% 歐元342,293.76 55% 歐元815,961.60 6. 脫硝技術(shù)選擇結(jié)論：使用氨水的SNCR技術(shù)能夠滿足最嚴格的NOx的降低需求， SCR投資和運營成本過高，全球范圍內(nèi)僅僅有少量的安裝。      編者注：國內(nèi)專家稱，出于安全考慮，國內(nèi)用氨水受嚴格限制。臺泥英德公司總

15、工程師曹國川就降低NOx排放的實踐發(fā)表了專題發(fā)言。一、前言原料、燃料及燒成溫度等都會影響氮氧化物的產(chǎn)生。燃燒溫度與NO、NO2生成量之關(guān)系二、基本技術(shù)理念目前De NOx技術(shù)約有下列三種：（1）采用低NOx燃燒器。改善一次空氣流量或速度來減少NOx產(chǎn)生，但因熟料制程1450的高溫需求及燃燒控制的難度，影響其效果。（2）采用多段燃燒。富燃缺氧方式來減少NOx產(chǎn)生，雖歐洲有部份較成功的實例，減量效率小于30%。（3）采用選擇性非觸媒還原法（SNCR）（如<圖二>）為目前穩(wěn)定有效降低氮氧化物產(chǎn)生的方法。圖二三、選擇性非觸媒還原法SNCR（Selective Non - Catalytic

16、 Reduction ）（一）、SNCR技術(shù)概念1、利用氨（NH3）或尿素（CO（NH2）2）以降低氮氧化物含量。2、無論氨或尿素，皆必須噴射于900 1100 之溫度范圍內(nèi)，才能使氮氧化物還原為氮氣（N2），因氨之搬運及儲存有溢漏至大氣之虞，選用以尿素為反應藥劑為較佳之選擇。（二）、在不添加催化劑之情形下將氨（NH3）或尿素（CO（NH2）2）等還原劑均勻噴入爐內(nèi)使廢氣中之氮氧化物還原成氮氣后再排入大氣。SNCR主要反應如下：2NO + CO（NH2）2十（1/2）02 2N2十2H20+C02（三）、影響SNCR效率之因素：（1）反應溫度范圍：宜在900°1100之間。（2）滯留

17、時間較長，反應效果較佳。（3）NOx濃度水平：濃度越低，碰撞反應之機率則越低。（四）、使用尿素作藥劑可能產(chǎn)生之負面影響如下（1）增加C02及CO氣體排放，其中C02屬于溫室效應氣體，CO則是另一空氣污染源。（2）尿素儲存容易結(jié)硬。（3）熟料生產(chǎn)成本的增加。四、SNCR設備作業(yè)流程各種不同還原劑使用特性比較五、安裝施工及試車1、在安裝上述設備之前：供貨商即來廠收集溫度分布數(shù)據(jù)，并利用停窯期間，進行噴嘴位置挖孔安裝噴嘴管座，為因應找尋最佳噴藥點，故而多挖數(shù)孔備用，工程費用約48萬元人民幣，工期約1.5個月。2、PH噴嘴安裝示意圖如<圖三>所示。圖三3、試車重點：在對預先備妥之各噴嘴位置

18、試噴藥劑，調(diào)整稀釋水 量、壓縮空氣量，以尋找最佳參數(shù)及噴藥點。SNCR添加尿素測試結(jié)果六、SNCR設備對燒成系統(tǒng)影響根據(jù)我司安裝施工至試車后之經(jīng)驗，預期SNCR將對旋窯燒成系統(tǒng)各方面產(chǎn)生下述影響：1、每公斤熟料增加耗熱13.88Kcal。2、每噸熟料生產(chǎn)成本將增加人民幣4.5元 。3、結(jié)皮增加：噴入之水與料?；旌希绊懶G通風，降低產(chǎn)量。4、增加人力：噴嘴長期受高溫燒烤易損壞。5、操作控制與氫氧化物排放監(jiān)測聯(lián)機，會有68分鐘延遲，其反應時間較長，線性控制不易，影響減量效率。6、尿素溶液泡制時，溶解加熱時間過長，即每泡一桶尿素溶液并加溫至40須10小時7、人工維修費用增加：須增加人工清理噴嘴及泡

19、制尿素溶液。尿素溶液及稀釋水會增加排風機負荷，影響旋窯產(chǎn)能。七、建議SNCR方法于實際運用時尚有許多缺失尚待克服，除投資費用高外，操作成本亦十分龐大。因此，我司提出兩點建議如下：1、對使用之尿素，參照農(nóng)用肥料予以補助，以降低業(yè)者龐大負擔。2、對設有氮氧化物減量設備之廠商征收空污費時應予優(yōu)惠，以鼓勵業(yè)者投資設備之意愿。附：強化懸浮預熱機（RSP）加熱過程中控制低量氮氧化物（NOx）排放標準附列草圖“降低NOx 排放之基本概念（General Concept For Low NOx RSP）” 對本工程提供較廣泛系統(tǒng)設計的細節(jié)。通常在RSP 系統(tǒng)中，SC爐的過量空氣大約是正常及穩(wěn)定操作狀態(tài)下流率的

20、1. 05 至1. 10之間。此外，在進入MC 爐入口之前，供應SC 爐的燃料有80% 會燃燒，剩余20% 尚未燃燒的燃料在denoxation Zone（在MC 爐較低的地方）將產(chǎn)生CO 或沒燃燒的炭來協(xié)助控制NOx 排放標準。然而在實際操作方面，必須在過量空氣及產(chǎn)生CO 之間取得平衡，以兔影響熱消耗。另一方面因為存在生料或燃料中的揮發(fā)性物質(zhì)，在高CO 的狀態(tài)下可能發(fā)生揮發(fā)性物質(zhì)液化後沉積的現(xiàn)象，換句話說，想像不到的結(jié)皮麻煩在預熱帶（precalcination Zone） 也可能發(fā)生。為了保持加熱過程（pyroprocess） 的安定性能，本方案采用了下列特殊的系統(tǒng)設計1. 為了控制耗熱并

21、使未燃燒的碳或CO 達到完全燃燒2. 為了達到降低NOx 排放，除了對鍛燒爐的正常入料點（feed point）之外，生料進料被分成三部分進料，A 點、B 點、C 點。3. 在RSP. 窯系統(tǒng)減少NOx 排放的效果4.  按步驟操作。調(diào)整到 NOx 排放標準以下依照下表敘述，按標準步驟操作，調(diào)整來獲得需要NOx排放標準（a）標準步驟1藉由調(diào)整從熟料冷卻機來三次空氣量，將在鍛燒爐（S.C）的空氣比設定在0.95，但是須特別注意02/CO 的值，特別是在最底階旋風筒的出口處。（b）標準步驟2藉由調(diào)整從熟料冷卻機來三次空氣量，設定在鍛燒爐（S.C）的空氣比為0.90。然而，在鍛燒爐（S.C）內(nèi)燃料的燃燒空氣應該不是很充足，為了使燃料在上昇管中充分燃燒，大約10% 的三次空氣，經(jīng)由分枝導管送至混燒室（MC）的出口處（如圖B點）。這樣的安排應該可以提供在S.C 爐內(nèi)燃燒所需的0. 95 1. 00 空氣比。（c）標準步驟3繼續(xù)步驟1 和2 之前調(diào)整的敘述，將藉由調(diào)節(jié)由燃料冷卻機來的三次空氣量在鍛燒爐（S.C）的空氣比率設定為0.800.85 。在這個情形亦是一樣，即在S.C 爐內(nèi)的燃料空氣應該不是很充足為了使得在上昇導管的燃料可以完成燃燒