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(xiàng)大氣污染物的約束性指標(biāo)。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(rèn)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?yàn)樗喔G是典型的高溫裝備，加之過去半個(gè)多世紀(jì)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(rèn)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(dá)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(jìn)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(dá)到了國際先進(jìn)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(shí)日，對此我們不僅應(yīng)予以理解，更要從中吸取教訓(xùn)。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(jì)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(zhǔn)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(dāng)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(jī)、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(shè)計(jì)院2009年對我國9條25005000t/d水泥熟料生產(chǎn)線NOX排放的實(shí)測數(shù)據(jù)顯示，其最低的是377mg/m3（標(biāo)），最高的是1620mg/m3（標(biāo)）。

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(biāo)）、1100mg/m3（標(biāo)）和1600mg/m3（標(biāo)），全國加權(quán)平均值不超過800mg/m3（標(biāo)）。因?yàn)樾滦透煞ㄋ喔G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(yīng)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(dǎo)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(shí)際排放濃度加權(quán)平均為700mg/m3（標(biāo)），單位水泥熟料的廢氣量為1800m3（標(biāo)）/t熟料，計(jì)算可得

5、單位熟料的實(shí)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(shí)際的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)是87萬噸，造成這樣差別可能有兩個(gè)原因，一是統(tǒng)計(jì)不完全，漏報(bào)或少報(bào)；二是選取的加權(quán)平均值700mg/m3（標(biāo)）偏大，實(shí)際情況或許小于700mg/m3（標(biāo)）。所以如果有人質(zhì)疑水泥工業(yè)2009年NOX排放量的統(tǒng)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)（GB4915-2004）對NOX排放限值是800mg/m3（標(biāo)），即2.4kg/t熟料，尚未實(shí)施的HJ/TXX清潔生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)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(dāng)于240mg/m3（標(biāo)）、600mg/m3（標(biāo)）、900mg/m3（標(biāo)）。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(biāo)）的規(guī)定，只是某些早年建設(shè)的1500t/d以下的新型干法水泥窯的NOX排放會高達(dá)1400mg/m3（標(biāo)）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(jì)，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(biāo)準(zhǔn)時(shí)所采用的3000m3（標(biāo)）/t熟料大幅降低到了18002000m3（標(biāo)）/t熟料，即使在800mg/m3（標(biāo)）的條件下，其實(shí)際的NO

7、X排放相應(yīng)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(shí)施GB4915-2004環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的情況下，很難想象有多少水泥企業(yè)會主動提高排放標(biāo)準(zhǔn)而專門新增脫硝裝備。除非是在一些經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，因國家區(qū)域性重點(diǎn)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(shè)脫硝設(shè)施。自上世紀(jì)60年代開始，鑒于當(dāng)時(shí)水泥廠的粉塵污染十分嚴(yán)重，有關(guān)部門向一些水泥廠每年收取一定的排塵費(fèi)。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(yuǎn)低于國標(biāo)規(guī)定。但由于歷史和現(xiàn)實(shí)的各種因素及長期養(yǎng)成的收交排塵費(fèi)的“習(xí)慣”，許多水泥廠出于各種考

8、慮，始終繼續(xù)交納“排污費(fèi)”。如此這般，許多運(yùn)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(fèi)，這無形中成為其NOX超標(biāo)排放的“口實(shí)”。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(dǎo)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(dǎo)意見及我國水泥生產(chǎn)發(fā)展趨勢的預(yù)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(dāng)于0.750.82kg/t水泥或1.151.26kg/t熟料或576629mg/m3（標(biāo)）。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(dāng)于0.420.

9、45kg/t熟料或233255mg/m3（標(biāo)）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(biāo)）降到250mg/m3（標(biāo)），時(shí)間緊迫，這就需要水泥行業(yè)立刻修訂現(xiàn)有的NOX排放標(biāo)準(zhǔn)；加緊研發(fā)效率高又經(jīng)濟(jì)實(shí)用的新型脫硝技術(shù)等。這其中許多基礎(chǔ)性的工作是不能“跨越”的，必須扎實(shí)地做好才能保障目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。歐洲水泥工業(yè)脫硝應(yīng)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為我們帶來了歐洲水泥工業(yè)脫硝應(yīng)用介紹的的主題報(bào)告，報(bào)告

10、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(yàn)和應(yīng)用，對比氨水和尿素兩種還原劑達(dá)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(yán)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(yù)熱器，預(yù)分解窯，立波爾窯和長轉(zhuǎn)窯。根據(jù)Petro

11、 Millo公司的經(jīng)驗(yàn)，SNCR脫硝技術(shù)同時(shí)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(yàn)。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(shí)的平均值。工廠采用半干法的是1500mg/Nm3每24小時(shí)的平均值。工廠采用濕法和干法（不帶廢熱回收）的是1800mg/Nm3每24小時(shí)的平均值。

12、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(shí)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(shí)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(yán)格規(guī)定24小時(shí)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(yīng)采用800 mg/Nm3，預(yù)熱器和預(yù)分解窯應(yīng)采用500 mg/Nm3，局部更嚴(yán)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，兩種還原劑對比：氨水比較適宜，因?yàn)榘彼磻?yīng)更直接，

13、有著高效的去除率，較低氨逃逸和較高的化學(xué)反應(yīng)效率。尿素相比與氨水，反應(yīng)更復(fù)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(dá)到的NOx去除率Petro Millo公司用過去多年在25家水泥廠的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)得出：SNCR用氨水可達(dá)到70-90%的NOx去除率；SNCR用尿素可達(dá)到30-40%的NOx去除率；SNCR用氨水可達(dá)到60-85%的化學(xué)效率；SNCR用尿素可達(dá)到20-40%的化學(xué)效率。5.費(fèi)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(yù)計(jì)成本（年）尿素40% 25% 3168 歐元 506,88

14、0.00 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(yán)格的NOx的降低需求， SCR投資和運(yùn)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(yán)格限制。臺泥英德公司總工程師曹國川就降低NOx排放的實(shí)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

15、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(shí)例，減量效率小于30%。（3）采用選擇性非觸媒還原法（SNCR）（如）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 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

16、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?dú)猓∟2），因氨之搬運(yùn)及儲存有溢漏至大氣之虞，選用以尿素為反應(yīng)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?dú)夂笤倥湃氪髿?。SNCR主要反應(yīng)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(yīng)溫度范圍：宜在9001100之間。（2）滯留時(shí)間較長，反應(yīng)效果較佳。（3）NOx濃度水平：濃度越低，碰撞反應(yīng)之機(jī)率則越低。（四）、使用尿素作藥劑可能產(chǎn)生之負(fù)面影響如下（1）增加C02及

17、CO氣體排放，其中C02屬于溫室效應(yīng)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(shè)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(shè)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(jìn)行噴嘴位置挖孔安裝噴嘴管座，為因應(yīng)找尋最佳噴藥點(diǎn)，故而多挖數(shù)孔備用，工程費(fèi)用約48萬元人民幣，工期約1.5個(gè)月。2、PH噴嘴安裝示意圖如所示。圖三3、試車重點(diǎn)：在對預(yù)先備妥之各噴嘴位置試噴藥劑，調(diào)整稀釋水 量、壓縮空氣量，以尋找最佳參數(shù)及噴藥點(diǎn)。SNCR添加尿素測試結(jié)果六、SNCR設(shè)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(yàn)，預(yù)期SNCR

18、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?，影響旋窯通風(fēng)，降低產(chǎn)量。4、增加人力：噴嘴長期受高溫?zé)疽讚p壞。5、操作控制與氫氧化物排放監(jiān)測聯(lián)機(jī)，會有68分鐘延遲，其反應(yīng)時(shí)間較長，線性控制不易，影響減量效率。6、尿素溶液泡制時(shí)，溶解加熱時(shí)間過長，即每泡一桶尿素溶液并加溫至40須10小時(shí)7、人工維修費(fèi)用增加：須增加人工清理噴嘴及泡制尿素溶液。尿素溶液及稀釋水會增加排風(fēng)機(jī)負(fù)荷，影響旋窯產(chǎn)能。七、建議SNCR方法于實(shí)際運(yùn)用時(shí)尚有許多缺失尚待克服，除投資費(fèi)用高外，操作成本亦十分龐大。因此，我司

19、提出兩點(diǎn)建議如下：1、對使用之尿素，參照農(nóng)用肥料予以補(bǔ)助，以降低業(yè)者龐大負(fù)擔(dān)。2、對設(shè)有氮氧化物減量設(shè)備之廠商征收空污費(fèi)時(shí)應(yīng)予優(yōu)惠，以鼓勵業(yè)者投資設(shè)備之意愿。附：強(qiáng)化懸浮預(yù)熱機(jī)（RSP）加熱過程中控制低量氮氧化物（NOx）排放標(biāo)準(zhǔn)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(shè)計(jì)的細(xì)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1. 05 至1. 10之間。此外，在進(jìn)入MC 爐入口之前，供應(yīng)SC 爐的燃料有80% 會燃燒，剩余20% 尚未燃燒的燃料在denoxation Zone（在M

20、C 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(biāo)準(zhǔn)。然而在實(shí)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?yàn)榇嬖谏匣蛉剂现械膿]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(yù)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(shè)計(jì)1. 為了控制耗熱并使未燃燒的碳或CO 達(dá)到完全燃燒2. 為了達(dá)到降低NOx 排放，除了對鍛燒爐的正常入料點(diǎn)（feed point）之外，生料進(jìn)料被分成三部分進(jìn)料，A 點(diǎn)、B 點(diǎn)、

21、C 點(diǎn)。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(biāo)準(zhǔn)以下依照下表敘述，按標(biāo)準(zhǔn)步驟操作，調(diào)整來獲得需要NOx排放標(biāo)準(zhǔn)（a）標(biāo)準(zhǔn)步驟1藉由調(diào)整從熟料冷卻機(jī)來三次空氣量，將在鍛燒爐（S.C）的空氣比設(shè)定在0.95，但是須特別注意02/CO 的值，特別是在最底階旋風(fēng)筒的出口處。（b）標(biāo)準(zhǔn)步驟2藉由調(diào)整從熟料冷卻機(jī)來三次空氣量，設(shè)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(yīng)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(dǎo)管送至混燒室（MC）的出口處（如圖B點(diǎn)）。這樣的安排應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)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(jī)來的三次空氣量在鍛燒爐（S.C）的空氣比率設(shè)定為0.800.85 。在這個(gè)情形亦是一樣，即在S.C 爐內(nèi)的燃料空氣應(yīng)該不是很充足為了使得在上昇導(dǎo)管的燃料可以完成燃燒，大約20% 的三