水泥窑炉SNCR脱硝技术
作者：徐忠俊
单位：江苏紫光吉地达环境科技股份有限公司
来源：发布日期：2012/11/7
1. 国内水泥厂脱硝的基本状况
“十二五”期间我国氮氧化物排放总量要求达到减排10％的目标，这就需要加大对电力、水泥、冶金等行业产生的氮氧化物进行控制。水泥行业氮氧化物的排放量占全国工业排放总量的15%左右，已是居火力发电、汽车尾气之后的第三大氮氧化物排放大户。工信部582号文件关于水泥工业节能减排的指导意见，提出了具体的量化目标：到“十二五”末，氮氧化物在2009年的基础上降低25%。同时指出，新建或改扩建水泥（熟料）生产线项目必须配置脱硝装置，且脱硝效率不低于60%。因此，探讨水泥行业最佳可行的脱硝技术显得尤为迫切。
目前，新型干法水泥回转窑上常用的NOx控制技术主要有以下几种：一是优化窑和分解炉的燃烧制度；二是改变配料方案，掺用矿化剂以求降低熟料烧成温度和时间，改进熟料易烧性；三是采用低NOx的燃烧器；四是在窑尾分解炉和管道中的阶段燃烧技术。然而，即使把上述四种措施全部采用起来，事实上水泥窑的NOx排放也很难达到400mg/Nm3
以下。采用选择性非催化还原（SNCR）脱硝法或选择性催化还原（SCR）脱硝法进一步降低NOx排放的措施是一个非常有效的降低NOx排放的途径。本文主要讨论关于SNCR选择非催化还原脱硝技术在水泥厂的运用。各控制技术的脱硝效率如下表所示：
由于SCR操作温度窗口和含尘量的特殊要求，在国内外水泥生产线上极少使用，主要原因为：（1）出C1的烟气通常用于余热发电，出余热发电系统的烟气温度无法满足SCR 的温度要求；（2）窑尾框架周边基本上没有布置SCR催化剂框架的空间；（3）出C1的烟气中高浓度粉尘及其有害元素易造成催化剂破损和失效；（4）一次性投资大；烟气通过催化剂的阻力增大了窑系统的阻力；（5）催化剂每三年需要更换，运行成本高。
2. SNCR（选择性非催化还原法）脱硝技术
2.1 SNCR脱硝原理
将氨水（质量浓度25%～30%），通过雾化喷射系统直接喷入窑炉合适温度区域-旋风分离器（760~950℃），雾化后的氨与NOx（NO、NO2 等混合物）进行选择性非催化还原反应，将NOx转化成无污染的N2。当反应区温度过低时，反应效率会降低；当反应区温度过高时，氨会直接被氧化成N2和NO。喷氨后炉内发生的化学反应有：
4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O
6NO+4NH3→5N2+6H2O
6NO2+8NH3→7N2+12H2O
2NO2+4NH3 +O2→3N2+6H2O
为了提高脱NOx的效率并实现NH3的逃逸最小化，满足以下条件：在氨水喷入的位置没有火焰；在反应区域维持合适的温度范围（760~950℃）；在反应区域有足够的停留时间（至少1秒以上，～850℃）。
2.2 SNCR脱硝工艺流程说明
（1）反应剂的接收和储存
采用氨作吸收剂时，既可用液氨，也可用氨水。液氨在常温下呈气态，必须在压力容器中运输和储存，有较高的安全要求。氨水一般形式为29.49%的水溶液。由于大于28%的氨水的储运需获得许可，所以近年来大多在SNCR系统中采用25%左右的氨水。但在降低氨水浓度的同时，增加了所需的储存空间。氨水喷入分离器后，要比液氨消耗更多的蒸发热量。
（2）吸收剂的稀释、计量与混合
稀释水压力控制模块（DWP）的典型设计由2台全流量的多级不锈钢离心泵，一组双联过滤器、压力控制阀和压力/流量仪表等组成。供反应器稀释用的工艺水中总固形物要低，过滤后水中悬浮物应低于50mg/L。
（3）反应剂喷入的测量
喷射区测量( IZM) 模块是用来测量每个喷射区喷入的反应剂浓度和流量。氨水喷入前必须用来自EWP模块的过滤水将32%的氨水溶液稀释到25%左右。每个IZM 模块包括1 台化学计量泵、1台水泵、1 个管道静态混合器和1 个现场控制盘、区段隔离阀和流量计、控制阀等。IZM模块通常设计成含有与中央控制模块和局地顺序逻辑控制(PLC)f等控
制系统相响应的化学反应剂的流量和区段压力阀。通过该控制系统IZM 模块，可随出口NOx 浓度、负荷、燃料质量等变化来调整反应剂加入量和反应活性。根据容量、处理前后NOx浓度和所要求的NOx去除率，氨水SNCR系统一般可采用1～5组IZM模块，并联合安装在一个滑动底板上。
（4）反应剂的分配和喷入部位
混匀的氨水稀释液从IZM 模块输送到装在临近的分配模块上。每个分配模块由流量计、平衡阀和与自动控制系统连接的调节器组成。控制系统能精确地控制流入每个喷射器的反应剂量和雾化空气或蒸汽流量。分配模块也包括为控制喷入过程用的手动阀、压力表和不锈钢连接管等。供反应剂至多个喷射器的每个IZM模块只设1 个分配模块。
对于大容量要将多个喷射器安装在工业窑炉的几个不同部位，且能通过IZM 模块进行独立操作或联合操作。应对反应剂喷入量和喷入部位进行控制，使SNCR系统对工业窑炉负荷变动和维持氨的逃逸量具有可操作性。喷射区数量和部位由工业窑炉的温度场和流场来确定。应用流场和化学反应的数值模拟来优化喷射部位。典型的设计是设二层或多层喷射区，每个区设及几个喷射器。本项目喷射器布置在工业窑炉旋风分离器区域。
（5）反应剂与烟气的混合
喷射器有墙式和枪式2种类型。墙式喷射器在特定部位插入工业窑炉内墙，一般每个喷射部位设置1个喷嘴。墙式喷嘴应用于短程喷射就能使反应剂与烟气达到均匀混合的小型工业窑炉和尿素SNCR系统。由于墙式喷嘴不直接暴露于高温烟气中，其使用寿命要比喷枪式长。
枪式喷射器由1根细管和喷嘴组成，可将其从炉墙深入到烟流中。喷枪一般应用于烟气与反应剂难于混合的氨喷SNCR系统和大容量工业窑炉。在某些设计中喷枪可延伸到工业窑炉整个断面。喷枪可按单个喷嘴或多个喷嘴设计。后者的设计较为复杂，因此，要比单个喷嘴的喷枪和墙式喷嘴价格贵些。因喷射器忍受着高温和烟气的冲击，易遭受侵蚀、腐蚀和结构破坏，因此，喷射器一般用不锈钢制造，且设计成可更换的。除此以，喷射器常用空气、蒸汽和水进行冷却。为使喷射器最少地暴露于高温烟气中，喷枪式喷射器和一些墙式喷嘴也可设计成可伸缩的。当遇到工业窑炉启动、停运、季节性运行或一些其他原因SNCR 需停运时，可将喷射器退出运行。
反应剂用专门设计的喷嘴在有压下喷射，以获得最佳尺寸和分布的液滴。用喷射角和速度控制反应剂轨迹，氨喷系统常通过双流体喷嘴用载体流，如空气或蒸汽，与反应剂一起喷射。有高能和低能两种喷射系统。低能喷射系统利用较少和较低压力的空气，而高能系统需
要大量的压缩空气或蒸汽。大容量工业窑炉的氨或尿素系统一般均采用高能喷射系统。高能喷射系统因需装备较大容量空压机、制造坚固的喷射系统和消耗较多的电能，其制造和运行费用均较昂贵。
用氨基作反应剂的喷射系统一般比尿素系统复杂，原因是这种系统喷射的是气相氨而不是液氨溶液。为此，氨基喷射系统常配备多个喷嘴的高能喷枪系统。在工业窑炉通道的宽度和高度内按网格形式布置喷枪。
（6）SNCR 脱硝的优点
SNCR 脱硝技术占地面积小、对工业窑炉改造的工作量少、施工安装周期短、节省投资，较适合于老厂改造。但由于SNCR脱硝效率较低，SNCR可以协同低NOx燃烧器改造或简易SCR等其他脱硝方式，在优化投资成本的前提下以期获得满意的脱硝效率。[Page]
3.脱硝剂的选择
SNCR法NOx控制技术是在高温没有催化剂的条件下，氨基还原剂（如氨气、氨水、尿素）喷入，蒸发或热解生成NH3与其它副产物，在850~1100℃温度窗口，NH3与烟气中的NOx进行选择性非催化还原反应，将NOx还原成N2与H2O。
SNCR脱硝反应对温度条件非常敏感，另外还受制于停留时间、NH3/NO摩尔比（NSR）、氨逃逸等因素。
（1）反应温度
NH3与NOx反应过程受温度的影响较大：反应温度超过1100℃时，NH3被氧化成NOx（下式），氧化反应起主导；反应温度低于1000℃时，NH3与NOx的还原反应为主，但反应速率降低，易造成未反应的NH3逃逸过高。选择性非催化还原烟气脱硝过程是上述两类反应相互竞争、共同作用的结果，如何选取合适的温度条件是该技术成功应用的关键。
4NH3+5O2→4NO+6H2O
采用氨水或尿素溶液作为脱硝还原剂时，还原剂溶液经雾化器雾化成液滴喷入，雾化液滴蒸发热解成NH3之后，才进入合适的温度区域进行还原反应。基于氨水与尿素雾化液滴蒸发热解速度的不同，其喷入的合适温度窗口也有差别：氨水为还原剂时，窗口温度约为870℃~1100℃；尿素为还原剂时，窗口温度约为900~1150℃。
根据本项目的热力计算书，进口温度在BMCR工况时为890℃，据锅在60%负荷时温度为860℃，本项目要求在30%~100%负荷均能满足脱硝效率的要求。因此采用氨水作为还原剂的脱硝效率及还原剂消耗量会优于采用尿素溶液作为还原剂。
（2）停留时间
停留时间指的是还原剂在完成与烟气的混合、液滴蒸发、热解成NH3、NH3转化成游离基NH2、脱硝化学反应等全部过程所需要的时间。
延长反应区域内的停留时间，有助于反应物质扩散传递和化学反应，提高脱硝效率。当合适的反应温度窗口较窄时，部分还原反应将滞后到较低的温度区间，较低的反应速率需要更长的停留时间以获得相同脱硝效率。当停留时间超过1s时，易获得较高的脱硝效果，停留时间至少应超过0.3秒。
由于入口烟气流速较快，这样需要更短的停留时间来保证NH3与NOX的反应。氨水相比尿素不需要热解，NH3在合适温度区域的停留时间优于尿素，更适合于本项目的使用。
（3）化学当量比（NSR）
通过使用氨水，相比使用尿素，更容易达到较高的脱硝效率，在保证性能要求的前提下，化学当量比更有优势，还原剂的使用量会降低。
（4）氨逃逸
由于本项目的喷射区域温度场更适合于氨水溶液，为保证脱硝效率在较低NSR的条件下实现，使用氨水作为还原剂比较合适。若使用尿素作为还原剂，为了保证脱硝效率会喷入更多的尿素，尿素溶液在蒸发、分解过程中需要更多的停留时间，一部分未反应的NH3进入尾部温度较低的区域，这些NH3将不再与NOX发生反应而造成氨逃逸升高。
综上所述，在水泥厂行业工程烟气脱硝（SNCR）装置中，使用氨水溶液作为还原剂。
4. 脱硝工艺的选择
随着国家对环保要求的日益提高，会对NO X的排放越来越严，借助某一单个的脱硝技术进行脱硝时，如采用SCR技术，脱硝率可以达到90%以上，但投资巨大，水泥行业受市场供求关系的影响，利润波动较大，暂不适宜在水泥行业推广。采用分级燃烧技术，已不能满足国家的环保要求。而国内大多数水泥企业的水泥窑采用了分级燃烧技术，此时分级燃烧技术+ SNCR脱硝技术已满足脱硝的要求，且综合脱硝效率达到80以上。
5.脱硝工艺的流程
选择性非催化还原法（SNCR）脱硝技术是在没有催化剂的条件下，在850～1050℃的温度范围内，把还原剂（氨气或尿素）喷入水泥炉窑内，还原剂与炉窑中的氮氧化物（主要是一氧化氮和二氧化氮）发生化学反应，生成氮气和水，从而减少烟气中氮氧化物的排放。
在分解炉的中下部喷入还原剂尿素[CO(NH2)2]或氨水(NH4OH) ，在有部分氧存在的条件下，发生以下反应过程。
4NH3 + 4NO + O2→4N2+ 6H2O (1)
温度进一步升高，则可能发生以下的反应:
4NH3+ 5O2→4NO + 6H2O (2)
当温度低于800℃时，NH3与NO的反应速度很慢；当温度高于1100℃时反应式(2)会逐渐起主导作用，当温度高于1300℃时NH3转变为NO的趋势会变得明显。
6.结论
从世界范围来看，已实施的水泥厂脱硝工程，几乎全部采用SNCR脱硝技术。SNCR 脱硝是目前我国水泥行业脱硝的主流技术。采用SNCR选择性非催化还原技术，可以减少氮氧化物排放70%~85%。按不同的脱硝成本可实现氮氧化物排放≤100 mg/Nm3（10%氧含量，NO计）的连续控制，满足不同阶段的环保标准的持久性适应需求。氨逃逸≤5ppm。
2012.6CHINA CEMENT 水泥生产过程排出的大量废气中含有有害气体 NO X ，世界各国都十分重视对NO X 的控制和治理。我国工业和信息化部于2010年11月16日发布第127号公告，其中水泥行业准入条件的第五项“环境保护”，明确规定：新建或改扩建水泥（熟料）生产线项目须配置脱除NO X 效率不低于60%的烟气脱硝装置。SNCR 是目前国际上应用于水泥厂脱硝最有效、应用最多的一项技术，国内还没有实际应用的报道。笔者已申报合肥水泥研究设计院脱硝工作项目，拟研究开发SNCR 系统成套装置，现对SNCR 技术做简要叙述。 1SNCR 技术介绍 SNCR 即选择性非催化还原技术，是指在合适的 温度区域喷入氨水或者尿素，通过NH 3与NO X 的反应生成N 2和水从而脱去烟气中的NO X 。SNCR 去除NO X 的化学方程式如下： 4NH 3+4NO +O 2→4N 2+6H 2O 4NH 3+2NO 2+O 2→3N 2+6H 2O 由于烟气中90%～95%的NO X 都是NO ，因此第一个方程式是主要反应方程式。SNCR 系统工艺流程图见图1。 影响SNCR 系统脱硝效率的因素，有如下几点： 1.1反应剂 反应剂常常采用氨水（浓度20%）。其他可选反应 剂包括液氨、尿素、硫酸铵溶液。氨水的应用存在安全隐患方面的问题，氨水极易挥发出氨气，浓氨水对呼吸道和皮肤有刺激作用，并能损伤中枢神经系统。而且氨水有一定的腐蚀作用。尿素的优点是安全性好，成本低，缺点是需要热解或者水解为氨，过程复杂。就国外的运行业绩看，对预热/预分解水泥窑，氨水是最好的反应剂。 1.2温度 对SNCR 工艺而言，反应区的温度是最重要的条件之一。表1罗列了一部分世界上目前使用SNCR 工艺的水泥厂喷入反应剂的温度值。 从上表1中可以看出，多采用温度区间在870℃～ 1100℃之间。1.3 氨水喷入位置 对预热/分解炉水泥窑系统来说，有此合适的温度区间位置见图2。 （1）分解炉燃烧区。这个位置是最理想的喷反应剂处（930℃～990℃）。 （2）分解炉出口，鹅颈管入口处（850℃～890℃）。 （3）鹅颈管出口，5号筒入口处。 1.4在最佳温度区域内的停留时间 在停留时间内，喷入的氨液/尿素与烟气进行混 合；水分蒸发；NH 3分解成NH 2与自由基；尿素分解成 图1 SNCR 系统工艺流程图 水泥厂SNCR 脱硝技术简述 周 磊，刘召春，张钊锋 （合肥水泥研究设计院，合肥230051） 表1 SNCR 法应用温度区间 烟气温度/℃ 920～980870～1100950850～1050870～1100800～1100900～1000 870～1090900～11501000项目 反应剂：氨水/尿素 EC/R report 氨水Mussati 氨水Florida Rock test report 氨水Technical evaluation-Suwanee 两者NESCAUM 两者Draft 1fond report 两者Penta report 两者 EC/R report 尿素Mussati 尿素Florida Rock test report 尿素55
水泥窑炉SNCR脱硝技术 作者：徐忠俊 单位：江苏紫光吉地达环境科技股份有限公司 来源：发布日期：2012/11/7 1. 国内水泥厂脱硝的基本状况 “十二五”期间我国氮氧化物排放总量要求达到减排10％的目标，这就需要加大对电力、水泥、冶金等行业产生的氮氧化物进行控制。水泥行业氮氧化物的排放量占全国工业排放总量的15%左右，已是居火力发电、汽车尾气之后的第三大氮氧化物排放大户。工信部582号文件关于水泥工业节能减排的指导意见，提出了具体的量化目标：到“十二五”末，氮氧化物在2009年的基础上降低25%。同时指出，新建或改扩建水泥（熟料）生产线项目必须配置脱硝装置，且脱硝效率不低于60%。因此，探讨水泥行业最佳可行的脱硝技术显得尤为迫切。 目前，新型干法水泥回转窑上常用的NOx控制技术主要有以下几种：一是优化窑和分解炉的燃烧制度；二是改变配料方案，掺用矿化剂以求降低熟料烧成温度和时间，改进熟料易烧性；三是采用低NOx的燃烧器；四是在窑尾分解炉和管道中的阶段燃烧技术。然而，即使把上述四种措施全部采用起来，事实上水泥窑的NOx排放也很难达到400mg/Nm3 以下。采用选择性非催化还原（SNCR）脱硝法或选择性催化还原（SCR）脱硝法进一步降低NOx排放的措施是一个非常有效的降低NOx排放的途径。本文主要讨论关于SNCR选择非催化还原脱硝技术在水泥厂的运用。各控制技术的脱硝效率如下表所示： 由于SCR操作温度窗口和含尘量的特殊要求，在国内外水泥生产线上极少使用，主要原因为：（1）出C1的烟气通常用于余热发电，出余热发电系统的烟气温度无法满足SCR 的温度要求；（2）窑尾框架周边基本上没有布置SCR催化剂框架的空间；（3）出C1的烟气中高浓度粉尘及其有害元素易造成催化剂破损和失效；（4）一次性投资大；烟气通过催化剂的阻力增大了窑系统的阻力；（5）催化剂每三年需要更换，运行成本高。 2. SNCR（选择性非催化还原法）脱硝技术 2.1 SNCR脱硝原理
我国水泥厂脱硝技术现状及展望 发表时间：2019-02-28T09:36:09.990Z 来源：《防护工程》2018年第32期作者：张林[导读] 人们要全面分析该技术的环境影响，进而采取有效的应对措施，促进水泥生产，降低环境污染与危害，实现人与自然的和谐发展。冀东海德堡（泾阳）水泥有限公司陕西咸阳 713701 摘要：近些年随着我国水泥生产行业的发展迅猛，各种污染物排放量正在逐年递增。这些问题严重威胁人们的身体健康，因此对于氮氧化物的控制就变得至关重要。人们可以采用脱硝技术，从水泥生产源头来有效降低氮氧化物的排放量。但是，其间会出现一系列新的环境问题，人们只有做好相应防范工作，才能有效地降低该技术对生态环境造成的负面影响。 关键词：水泥厂；脱硝技术；现状；展望 1 水泥厂污染物种类分析及产生机理 1.1 二氧化硫（SO2） 二氧化硫（SO2）主要存在窑尾烟气中。硫的来源主要有两部分：原料、燃料。如表1所示，原料中的硫以有机硫化物、硫化物或硫酸盐的形式存在。硫化物大部分为黄铁矿和白铁矿（FeS2），还有一些单质硫化物（如FeS）；硫酸盐主要包括石膏（CaSO4·2H2O）和硬石膏（CaSO4）。硫化物在300~600℃发生氧化生成SO2气体，主要发生在预热器的二级筒或三级筒。硫酸盐矿物在低于烧成带温度下很稳定，在预热器内不会分解，大体上都会进入窑系统。燃料中硫的存在形式和原料中的一样，有硫化物、硫酸盐还有有机硫。煤在分解炉、回转窑燃烧，而分解炉存在大量的活性CaO，同时分解炉的温度正是脱硫反应发生的最佳范围，因此烧成带产生的SO2气体可以在分解炉被CaO吸收或者在过渡带和烧成带与碱结合生成硫酸盐。也就是说正常情况下，燃料中的硫很少会影响到硫的排放。 1.2 氮氧化物（NOx） 氮氧化物（NOx）产生于煤粉的燃烧过程，也主要存在于窑尾烟气。分为热力型、快速型（也有称瞬时型）和燃料型三种类型的NOx。热力型NOx主要为在燃烧过程中空气中的N2被氧化而生成的NO，主要产生于温度大于1500℃的高温区；快速型NOx是由燃料燃烧时产生的烃（CHi）等撞击燃烧空气中的N2分子而生成CN/HCN，然后HCN再被氧化为NOx；燃料型NOx则是燃料中的氮化合物在燃烧过程中经过一系列的氧化还原反应而生成的NOx。 1.3 粉尘（PM） 粉尘（PM）的产生机理比较简单，各种原材料在破碎及粉磨作业、煅烧、输送、装卸等过程产生粉尘并随工艺通风气流排放。另有一部分粉尘为物料在倒运、堆放存储、均化过程产生的扬尘，属于无组织排放。 2 水泥厂脱硝技术分析 2.1 低氮分级燃烧技术 作为水泥生产中脱硝技术的一种，低氮分级燃烧技术主要遵循燃烧学原理，通过改变运行工况，将燃烧工艺中生成的氮氧化物进行还原或抑制。在具体应用的过程中，人们要在烟室与分解炉之间建立还原燃烧区。同时，利用煤将原分解炉的一部分分入该区域，使其通过缺氧燃烧形成一系列还原剂，如一氧化碳、甲烷以及氰化氢等，从而将煅烧过程中产生的氮氧化物转化为无危害、无污染的氮气。与此同时，煤在缺氧燃烧的状态下对于氮氧化物的产生也起到了一定的抑制作用。现阶段，低氮燃烧技术主要包括空气分级燃烧、燃料分级燃烧以及浓淡燃烧等。采用该技术，可以更好地改造燃烧室，同时所需经费较少，但是其脱硝效率仅在30%左右，脱硝效果不是十分明显，很难满足氮氧化物控制技术的要求。 2.2 选择性非催化还原技术 选择性非催化还原技术是水泥脱硝技术的重要类型，也叫SNCR技术。其主要原理是：当燃烧温度在850～1000℃时，在有氧的条件下，在排出的气流体中注入氨或氨的先驱物，使一氧化氮按照相应的反应规律进行还原。现如今，水泥行业的还原剂都具有氨气基，其主要由氨水和尿素水组成，可以将煅烧过程的氮氧化物还原为氨气和水，在水泥熟料生产线的分解炉内，存在符合SNCR技术工作的反应温度窗口。该技术对氮氧化物的脱除率较高，一般在50%～80%，同时其操作系统简单，为实际脱硝操作提供便利。但是，该技术对反应温度的要求较高，需要使用大量还原剂，导致运行成本显著增加。此外，该技术易受到反应温度、化学反应时间以及喷枪位置等因素的影响。 2.3 选择性催化还原技术 选择性催化还原法又被称为SCR脱硝技术，也是一种水泥脱硝技术。该技术应用要有一定的催化反应条件，通过具有氨气基的还原剂将烟气中的氮氧化物还原为水和氨气，从而降低氮氧化物的排放量。SCR脱硝技术对温度的要求较高，要求反应温度控制在300～450℃。在没有预热器参与的条件下，水泥炉窖中的烟气道温度远低于该温度，因此必须做好烟气的加热工作。同时，要采用合适的SCR催化剂，如二氧化钛或V205-M003，而催化剂的外形通常采用板式、波纹板式以及蜂窝式等结构。SCR脱硝技术的脱硝效果非常明显，通常氮氧化物的脱除率能够达到60%～90%。但是，其对于设备有着严格的要求，要求其具有较高的耐腐蚀性，同时投资运行所需费用较大，易对环境造成二次污染。 2.4 组合脱硝技术 组合脱硝技术就是指综合运用各种脱硝技术，通常将两种或三种脱硝工艺技术进行组合。通常，人们采用低氮分级燃烧技术与选择性非催化还原技术或选择性催化还原技术相结合的脱硝技术，同时也可以采用选择性非催化还原技术与选择性催化还原技术相组合的脱硝技术，其应用十分广泛。目前，日本、德国等发达国家通常先采用低氮分级燃烧技术来降低氮氧化物含量，再运用烟气脱硝工艺脱硝。这些组合脱硝技术能够提高传统脱硝效率，同时降低投资运行成本。 3 未来发展趋势 3.1 低温烟气循环流化床同时脱硫脱硝除尘技术 锅炉烟气中的NOx绝大部分以NO形式存在，在水中的溶解度远低于NO2、HNO2及HNO3等，这是导致传统脱硫工艺不能同时脱除NOx 的主要原因。因此，将烟气中的NO快速氧化成高价态的NO2是同时脱除的技术关键。 3.2 脉冲电晕等离子体烟气脱硫脱硝除尘一体化技术
低氮燃烧及脱硝等减排技术知识讲解 一、脱氮技术原理： 水泥熟料生产线上氮氧化物生产示意图 分级燃烧脱氮的基本原理是在烟室和分解炉之间建立还原燃烧区，将原分解炉用煤的一部分均布到该区域内，使其缺氧燃烧以便产生CO、CH4、H2、HCN 和固定碳等还原剂。这些还原剂与窑尾烟气中的NOx发生反应，将NOx还原成N2等无污染的惰性气体。此外，煤粉在缺氧条件下燃烧也抑制了自身燃料型NOx产生，从而实现水泥生产过程中的NOx减排。其主要反应如下： 2CO +2 NO →N2+ 2CO2 NH+NH →N2+H2 2H2+2NO →N2+2H2O 二、技改简介： 1、该技术是对现有分解炉及燃烧方式进行改造，使煤
粉在分解炉内分级燃烧，在分解炉锥部形成还原区，将窑内产生的NOx还原为N2，并抑制分解炉内NOx的生成。根据池州海螺3#天津院设计的TDF分解炉结构，技改方案采用川崎公司窑尾新型燃烧器，并在分解炉锥部新增两个喂煤点，最大限度形成还原区，提高脱氮效率。 改造整体示意图 2、窑尾缩口由圆形改成方形，高度改为1600mm,并设置跳台，防止分解炉塌料现象发生，通过在分解炉锥部增设喷煤点，在分解炉锥部形成还原区。 改造前锥部改造后锥部
3、对窑尾烟室入炉烟气进行整流，将上升烟道改造成方形，同时，将上升烟道的直段延长，使窑内烟气入炉流场稳定，降低入炉风速。其次在分解炉锥部设计脱氮还原区，将分解炉煤粉分4点、上下2层喂入，增加了燃烧空间。在保证煤粉充分燃烧的同时，适当增加分解炉锥部的煤粉喂入比例，保证缺氧燃烧产生的还原气氛，从而在分解炉锥部区域形成一个“还原区”，部分生成的氮氧化物在该区域被还原分解，降低系统氮氧化物浓度。 改造前窑尾燃烧器 改造后窑尾燃烧器
水泥窑炉空气分级燃烧及SNCR烟气脱硝 技术 江苏省盐城市兰丰环境工程科技有限公司 苗长江 陈森林 224000 摘要：本文从以下几个方面系统介绍了我公司治理水泥窑炉烟气中NOx的烟气脱硝技术，希望能对水泥窑炉NOx治理起到一定的借鉴作用。 关键词： 回转窑 分解炉 NOx 空气分级燃烧 SNCR脱硝技术 引言 近年来，水泥工业随着现代城市建设的需要而得到了快速的发展，但是水泥生产过程中产生的废气对环境的污染也在不断加剧，特别是废气中的NOx对大气环境的影响已非常严重。由此，本文从以下几个方面系统介绍了我公司治理水泥窑炉烟气中NOx的烟气脱硝技术，希望能对水泥窑炉NOx治理起到一定的借鉴作用。 1 水泥窑炉NOx产生机理 在新型干法水泥生产工艺中，回转窑和分解炉是水泥物料烧成的两个关键设备。然而，回转窑和分解炉也是NOx生成的主要来源。 在水泥熟料生产过程中，大约有40%左右的煤粉从回转窑窑头的多通道燃烧器喷入窑内，并进行高温燃烧，为煅烧物料的熔融和矿物重结晶提供足够的温度，但物料温度必须超过1400℃时才会发生物料熔融和矿物重结晶现象，因此通常需要将窑头燃烧器形成的火焰温度控制在1800～2200℃之间，然而这样在回转窑内就会生成热力型NOx和燃料型NOx，且均有较多的形成比例，其中尤以热力NOx为主。同时，大约60%左右的
煤粉进入分解炉，炉内的温度一般在850～1100℃范围内，在此温度下，基本可以不考虑热力型NOx的形成，主要是燃料型NOx。 由此，本文系统介绍了我公司治理水泥窑炉烟气中NOx的空气分级燃烧及SNCR脱硝技术，希望能对水泥窑炉NOx治理起到一定帮助。 2 水泥窑炉空气分级燃烧技术 2.1 基本原理 水泥窑炉空气分级燃烧是目前最为普遍的降低NOx排放的燃烧技术之一。其基本原理如图（一）所示：将燃烧所需的空气量分成两级送入，使第一级燃烧区内过量空气系数小于1，燃料先在缺氧的富燃料条件下燃烧，使得燃烧速度和温度降低，从而降低了热力型NOx的生成。同时，燃烧生成的CO与NOx发生还原反应，以及燃料氮分解成中间产物（如NH、CN、HCN和NHx等）相互作用或NOx还原分解，从而抑制了燃料型NOx的生成，具体反应如下： 2CO + 2NO → 2CO2 + N2 （1） NH + NH → N2 + H2 （2） NH + NO → N + OH （3） 在二级燃烧区（燃尽区内，将燃烧用空气的剩余部分以二次空气的形式输入，成为富氧燃烧区。此时，空气量增多，一些产物被氧化生成NOx，但因温度相对常规燃烧较低，因而总的NOx生成量不高，具体反应如下： CN + O → CO + NO （4）
水泥窑尾烟气SCR脱硝技术 一前言 2015年全国氮氧化物排放量1851.9万吨，其中，水泥排放氮氧化物约占全国排放总量的10%，仅次于火电和机动车行业，位居第三。2016年年底，国务院印发《“十三五”节能减排综合工作方案》，提出到2020年氮氧化物排放总量比2015年下降15%以上的主要目标。《水泥工业大气污染物排放标准》（GB 4915-2013）要求氮氧化物排放限值400 mg/Nm3，重点地区320 mg/Nm3；在氮氧化物排放要求日趋严格背景下，2017年5月，江苏省环保厅《关于开展全省非电行业氮氧化物深度减排的通知》要求，水泥行业2019年6月1日前氮氧化物排放不高于100 mg/Nm3；2018年9月，《唐山市生态环境深度整治攻坚月行动方案》提出氮氧化物排放浓度不高于50 mg/Nm3。 现行的脱硝技术大体分为氧化法脱硝和催化还原法脱硝。氧化法脱硝采用强氧化剂，如臭氧、亚氯酸钠等强氧化剂，把NOx氧化成高价氮氧化物，然后通过水或者碱液体进行吸收，但是存在耗电高、二次污染物废水排放问题。催化还原法，一般指SCR 法，因其无二次污染排放问题，脱硝效率高，可以实现超净排放，运行可靠稳定、适应负荷波动等优点，广泛的应用在各个工矿企业中。SCR脱硝技术作为全世界应用最广泛高效的氮氧化物脱除技术，符合水泥行业日趋严格的氮氧化物排放要求，是一种理想的水泥窑脱硝技术。研究高效水泥窑SCR脱硝技术，具有现实意义。 二水泥窑尾烟气特点 （1）NOx含量高，为300~1300mg/Nm3。 （2）湿度大，水含量8~16%；水蒸气露点一般为45~55℃。 （3）粉尘含量高，烟尘浓度达60~120 g/Nm3，并含有碱土金属氧化物等腐蚀性成分。 （4）粉尘粒径小（小于10μm的颗粒约占75~90%）、比电阻高，除尘难度大。（5）粉尘中碱金属氧化物含量高。
水泥窑脱硝工艺的探讨 近些年以来，水泥行业正在着手淘汰原有的落后产能，对于清洁度较高的新型生产方式予以全面引进。这主要是因为，水泥行业整体上排放相对较多的污染成分，尤其是氮氧化物。因此可见，为了从源头入手来优化现有的水泥生产流程，企业亟 1 物在当前阶段的排出总量能够予以有效减低。由此可见，脱硝工艺应当能够全面融入水泥窑现有的生产流程中，在此前提下因地制宜适用催化还原以及其他手段来辅助脱硝工艺的全面施行。例如：催化还原的选择性脱硝工艺能够凭借尿素或者氨水等特殊液体，确保氮氧化物迅速混合于烟气，从而运用还原与分解的方式将其转变成水与氮气。
2具体的技术运用 截至目前，企业以及有关部门都已认识到了限制氮氧化物的重要意义，因此针对水泥窑也在着手适用多种多样的监控措施。在全面适用一次控制的前提下，运用分解炉或者低氮燃烧器来实现上述的工艺改进。因此从现状来看，已有很多企业正在尝试全面引进脱硝工艺用来辅助水泥窑的日常生产，具体而言包含如下的技术要点： 之为 运用 在 当确保将其加入高温区的部位，确保能够控制于1000℃以内的分解炉温度。通过运用上述的还原反应操作，应当可以生成纯度较高的氮气，其中的反应器设计为分解炉。 与此同时，此种脱硝方式还有助于避免氧气与其产生特定的反应，因而杜绝了过高的氧气耗费。然而应当明确，如果需要添加还原剂，那么应当将其限定于温度
窗的特定范围内。这是由于，各类还原剂都会对应着与之相适应的温度范围。如果受到温度过高的影响，那么与之有关的还原率将会由此而减低。但是与之相反，如果设置了过低的反应温度，那么还将导致氨气逃逸，进而生成了毒害性较强的挥发性物质。 2.3联合性的脱硝工艺 从运行成本的视角来讲，运用SCR技术有助于迅速还原较多的氮氧化物，确保将其限定于每立方米150毫克或者更低的排放量限度内。但是如果要确保其符合上述的基本技术指标，那么应当密切关注其具备的安全性以及可靠性，避免耗费过多的运行资金。与之相比，SNCR的脱硝方式简化了生产流程，因此也节省了运行资金。 从对于生产流程的影响来讲，SNCR技术不必凭借催化剂用来辅助其完成，而是
《水泥烧成系统脱硝技术控制规范》 编制说明 中国中材国际工程股份有限公司 合肥水泥研究设计院 2014年7月
《水泥烧成系统脱硝技术控制规范》编制说明 一、前言 随着我国社会经济的快速稳定发展，大气污染物排放量不断增加，由此引发了一系列的环境问题。“十二五规划纲要”明确提出了推进火电、钢铁、有色、化工、建材等行业的SO2和NO x的治理工作。建材行业是其中重点治理的行业之一。 水泥工业作为建材工业的主要力量，产量由2000年的5.97亿吨，到2005年增加为10.6亿吨，2010年水泥产能为18.68亿吨。对应的NO x排放量分别为77万吨、136万吨、200万吨。2013年全国熟料产量为13.6亿吨、水泥产量为24.1亿吨，同比增长9.6%。水泥行业是全国高能耗重污染行业，对环境的压力日趋增大。经初步估算，颗粒物排放占全国排放总量的20~30%，SO2排放占全国排放总量的5~6%，NO x排放占全国排放总量的10~15%。 国家发改委数据显示：截止2010年底，国内新型干法水泥生产线已达1300多条。4000t/d、5000t/d规模水泥线占60%左右，总计800多条。2009年，中国建材研究总院和合肥水泥研究设计院共同对我国代表性的1500t/d规模以上的9条新型干法水泥窑进行了NO x测试，检测结果表明：≥5000t/d、≥2500t/d和≤1500t/d窑的NO x排放分别平均为：600mg/Nm3、1100mg/Nm3和1600mg/Nm3，全国新型干法水泥窑氮氧化物排放量加权平均值约为800mg/Nm3。 十二五期间，NO x被纳入控制目标，各类政策法规及控制标准相继出台： 1) 《国务院关于印发“十二五”节能减排综合性工作方案的通知》（国发〔2011〕26号）：①“推动燃煤电厂、水泥等行业脱硝，氮氧化物削减358万吨”；②“新型干法水泥窑实施低氮燃烧，配套建设脱硝设施”。 2) 《国务院关于印发国家环境保护“十二五”规划的通知》（国发〔2011〕42号）： ①联防联控重点区域，实施大气污染物特别排放限值；②对水泥等行业SO2、NO x 和PM进行控制，新型干法水泥窑进行低氮燃烧改造，新建水泥线安装效率大于60%脱硝设施。 3) 《国务院关于印发节能减排“十二五”规划的通知》（国发〔2012〕40号）：①2015年水泥行业NO x排放量控制在150万吨；②推广大型新型干法水泥线，普及纯
4000t/d新型干法水泥生产线分级燃烧+SNCR烟气脱硝 技 术 方 案
目录 1、减排氮氧化物社会效益 (3) 2、本项目脱硝工艺描述 (5) 2.1、分级燃烧技术 (5) 2.2、SNCR脱氮技术 (8) ①卸氨系统 (9) ②罐区 (9) ③加压泵及其控制系统 (9) ④混合系统 (9) ⑤分配和调节系统 (10) ⑥喷雾系统 (10) ⑦水电气供给 (10) ⑧控制系统 (11) ⑨SNCR主要设备与设施 (11) 3、氮氧化物目前排放量 (12) 4、总体性能指标 (12) （1）窑尾分级燃烧脱氮技术(单独使用) (12) （2）SNCR脱氮技术(单独使用) (13) （3）分级燃烧和SNCR结合的脱氮集成技术 (13) 5、主要技术经济指标 (13) 6、经济效益评价 (14) 6.1单位成本分析 (14) 6.2 运行成本分析 (15) 6.3 环境及社会效益分析 (16)
1、减排氮氧化物社会效益 氮氧化物（NOx）是大气的主要污染物之一，包括NO、NO2、N2O、N2O3、N2O5等多种氮的氧化物，燃煤窑炉排放的NOx 中绝大部分是NO。NO的毒性不是很大，但是在大气中NO可以氧化生成NO2。NO2比较稳定，其毒性是NO的4～5倍。空气中NO2的含量在3.5×10‐6（体积分数）持续1h，就开始对人体有影响；含量为（20～50）×10‐6时，对人眼有刺激作用。含量达到150×10‐6时，对人体器官产生强烈的刺激作用。此外，NOx 还导致光化学烟雾和酸雨的形成。由于大气的氧化性，NOx 在大气中可形成硝酸（HNO3）和硝酸盐细颗粒物，同硫酸（H2SO4）和硫酸盐颗粒物一起，易加速区域性酸雨的恶化。 随着我国工业的持续发展，由氮氧化物等污染物引起的臭氧和细粒子污染问题日益突出，严重威胁着人民群众的身体健康，成为当前迫切需要解决的环境问题。2011年全国人大审议通过了“十二五”规划纲要，提出将氮氧化物首次列入约束性指标体系，要求“十二五”期间工业氮氧化物排放减少10%，氮氧化物减排已经成为我国下一阶段污染治理和减排的重点。氮氧化物活性高、氧化性强，是造成我国复合型大气污染的关键污染物。随着国民经济持续快速发展和能源消费总量大幅攀升，我国氮氧化物排放量迅速增长。“十一五”期间，我国氮氧化物排放量逐年增长，2008年达2000 万吨，排放负荷巨大。特别是水泥行业氮氧化物排放量也呈现快速增长趋势，2000年77万吨，2005年136万吨，2010年约200万吨。氮氧化物排放量的迅速增加导致了一系列的城市和区域环境问题。北京到上海之间的工业密集区已成为对流层二氧化氮污染较为严重的地区，“十一五”期间全国降水中硝酸根离子平均浓度较2005年有较大幅度地增长。由氮氧化物等污染物引起的臭氧和细粒子污染问题日益突出，严重威胁着人民群众的身体健康，成为当前迫切需要解决的环境问题。若不严加控
密级： 科技计划项目 可行性研究报告 项目名称：1#、2#窑尾烟气脱硝技改 所属领域：建材 项目类型：应用技术研发项目 申报单位（盖章）： 项目负责人：汪洪伟 申报日期：2013.10.18
1、项目摘要 应用水泥行业比较成熟的SNCR,实现脱硝效率40%以上，满足DB37_2373-2013《山东省建材工业大气污染物排放标准》要求的NOX400mg/Nm3排放浓度。 2、项目实施的意义和必要性 2011年我国水泥总产量已突破20亿吨，NOx排放量已成为火电 之后的第二大工业领域。“十二五”时期，水泥行业是NOx减 排的重点行业。2012年在《水泥工业“十二五”发展规划》指 出，到2015年末，NOx排放总量降低10%，新建生产线必须配 套建设效率不低于60%的烟气脱硝装置，二氧化硫排放总量降 低8%等目标，“两会”期间，温家宝总理在政府工作报告中也 提出要加快燃煤机组脱硝设施建设，加强水泥行业NOx的治理 等要求，而同期环保部正在研究相当严格的水泥工业新的NOx 排放标准。由此可见，我国水泥工业全面推进清洁生产，大力 进行节能减排，开展脱硝等大气污染物减排工作势在必行并显 得尤为迫切。环境保护部副部长张力军在海螺集团考察时指出：“十二五”污染减排任务更加艰巨，当前尤其是NOX减排压力 巨大，“十二五”第一年全国NOX排放量不降反升，减排形势 非常严峻。目前，我国有水泥新型干法生产线1400条左右，新 型干法水泥窑的NOX排放普遍在800mg/Nm3左右，而欧盟等国 外水泥企业排放量则普遍在500 mg/Nm3。与发达国家相比，我 国仍有较大差距。近期，环保部和财政部将联合出台文件，设
泥行业尾气排放的NOx 主要有热式NOx、燃料NOx及瞬时NOx等三种，其中主要部分为热式NOx。 ?热式NOx：燃烧空气中的一部分N2，直接和O2反应生成各种氮氧化物。温度在1200oC以上时，燃烧空气的N2和O2分子反应生成热式NOx，在窑里它主要生成于燃烧区域，因为那个地方的温度很高。这些NOx主要形成在高温回转窑的前部。 ?燃料Nox ：氮元素可以形成很多化合物，其以化物形式存于燃料中的氮元素，可以合空气中的氧发生反应形成各种氮氧化物。燃料氮氧化物是由存于燃料里的氮元素在850～950oC温度范围里燃烧形成的。对于带分解炉的新型干法线，燃料NOx 主要生成于分解炉处。 ?瞬时NOx：l碳氢化合物燃烧过程中分解的CH，CH2和C2等基团破坏了空气中的N2分子键，并经反应生成HCN，NH和N等原子基团，它们再与O，OH等基团反应生成NO；快速NOx只有在富燃的情况下，即碳氢化合物较多，氧浓度相对较低时才发生。 工艺优化：主要是通过优化水泥工艺、精心操控等技术，在保证水泥的正常烧成和水泥的质量情况下，挖掘潜力，最大可能的降低NOx；在欧洲水泥协会的BAT文件，该技术也被成为脱硝的主 要措施。 1.燃料氮含量的控制 2.提高生料易烧性 3.烧成操作优化 4.火焰冷却 5.分级燃烧 6....... 在欧美地区，很多水泥厂实施了该技术，并有效于降低烟囱处氮氧化物的浓度。 在水泥厂里，煤是通过喷煤管喷射进窑或分解炉的，并在喷煤管末端附近形成很强的火焰，其温度很高，窑里面的NOx主要在该火焰区域形成，因此为了减少NOx，对喷煤管进行优化是非常有必要的。 通常我们称能降低NOx生成的喷煤管为低氮燃烧器：根据氮氧化物的生成机理，主要通过采用空气分级燃烧、燃料分级燃烧、烟气再循环和低氮燃烧器等方法降低煤粉燃烧过程中氮氧化物的生成量。该装置相对简单，投资、运行费用较低，是经济、有效的技术措施。 在水泥回转窑中，由于设置低的一次风/煤比率，低氮喷煤管在火焰内部形成一个还原气氛，该还原气氛能还原部分NOx成N2（由于低的一次风比率，在火焰内部形成一个还原性气氛，低氮燃烧器的空气比率为：6～8％，而常规喷煤管的空气比率为20～25％）。低氮燃烧器减少NO的另外一个因素是：更均匀平稳的火焰流（避免高温峰点） 1.操作适用性 ?低氮燃烧器可以应用所有的水泥回转窑，可以安装在窑尾和分解炉，其效果都比较好。 ?另外该技术在国内外有很多的运行业绩，也是非常成熟的一种脱硝技术. ?根据国家颁布“十二五”减排规划指南－环办[2010]97号文件，低氮燃烧器为推荐的一种技术。 ?该技术不需要很高的投资，而且可以对低氮喷煤管灵活设置 2.脱硝效率 ?根据中能环的实际水泥厂工程，低氮燃烧器的应用可以达到600~1000mg/Nm3的排放水平;
水泥炉窑NOx排放控制技术(水泥脱硝）探讨 何洪1，王洪兵2，李坚1，梁文俊1 1 北京工业大学环境与能源工程学院，北京100124，中国 2 北京方信立华科技有限公司，北京101102，中国 摘要：本文论述了水泥行业NOx污染排放的现状和排放标准的发展，总结了SNCR和SCR的技术特点、研发和工程应用现状。SNCR技术具有投资少和环境效益高的特点，而SCR技术的脱硝效率可以高达90％以上，并且具有不干扰水泥生产过程的优点，可以满足将来更严格的水泥炉窑排放标准。低温SCR 催化剂为水泥炉窑的脱硝工艺提供了多样性，具有反应温度低，适用范围广和节能等优势，需要进一步的技术开发，可能成为水泥炉窑脱硝的主流技术。 关键词：水泥炉窑；脱硝；SNCR； SCR。 随着社会的发展，环境保护工作日益得到各国政府和人民的高度重视，其中，大气环境质量是我们更加关注的问题，在过去的十年中，我国的SO2排放得到了广泛的治理和有效的控制。而NOx污染排放控制的工作在我国方兴未艾，“十二五”期间，NOx首次被列入约束性指标体系，排放总量要削减10%。NOx的主要排放源为电站锅炉、机动车，工业锅炉、酸洗工艺过程和各种工业窑炉。而在我国，水泥行业NOx的排放量已是居火力发电、汽车尾气排放之后的第三排放大户。NOx已成水泥行业主要废气污染物，排污费占企业排污费总额八成以上。 目前，我国拥有水泥企业近5000家，产量已连续多年位居世界首位。2010年全国累计水泥总产量18.7亿吨，其中，新型干法水泥比重达到80%。根据国家发改委的统计，截至2010年年底，采用国内技术和装备建设的新型干法水泥生产线已经达1300多条，日产4000吨以上的水泥生产线占60%左右，总计800多条生产线。如此之大的产业规模使水泥行业NOx排放对全国NOx排放贡献率达到12～15％。水泥炉窑内的烧结温度高、过剩空气量大、 NOx 排放浓度高且灰量大使其脱硝工程面临着艰巨的挑战。 目前，用于水泥炉窑 NOx 排放控制的技术有火焰冷却、低氮燃烧器、分段燃烧、添加矿化剂、选择性非催化还原技术(SNCR)和选择性催化还原技术(SCR)。火焰冷却、低氮燃烧器、分段燃烧、添加矿化剂等技术是炉内燃烧控制技术，采用这些措施后, 水泥炉窑的NOx排放控制水平可以达到200～500
水泥行业深度脱硝关键技术 摘要：在构建绿色低碳循环经济体系的大背景下，综述了低碳转型对行业的意义。分析了水泥行业碳排放现状及现有深度脱硝技术的优缺点。重点论述了低温、低碳的水泥深度脱硝技术是如何实现低碳治污、协同治污及其所带来的经济与社会效益。指出具有低温、低碳、无氨等技术特点的深度脱硝技术将在水泥行业污染物治理中大有可为。 关键词：水泥碳达峰碳中和深度脱硝氨逃逸 一、低碳转型是行业高质量发展的必由之路 人类是命运的共同体，气候变化事关全人类的前途命运，需要我们携手共同应对。2020年9月，在第七十五届联合国大会上，中国向世界作出庄严承诺将提高国家自主减排贡献力度，“力争于2030年前实现碳达峰，争取2060年前实现碳中和。” 目前，欧盟和美国已先于我国实现了碳达峰。相较于欧美国家，我国要实现碳达峰目标面临着以下三方面的挑战：首先，从能源消费结构方面来看我国与欧美国家差异较大，我国以化石能源为主，其中煤炭消费比重占58%,石油消费比重占19%而欧盟和美国煤炭消费比重仅为11% 和12%；其次，欧盟与美国达到碳 达峰时CO 2峰值分别为45亿吨、59亿吨，权威机构预测我国CO 2 达到排放峰值时 约为106亿吨；再次，欧盟从碳达峰至碳中和用了60年时间，而我国仅有30 年时间。由上述三点不难看出，要实现碳达峰、碳中和目标对我国来说时间紧、任务重。
图1 2019年中国能源生产总量结构 二、水泥行业碳排放现状与氮氧化物深度治理 年排放量约100亿吨，其中火电、钢铁、水泥、煤化工、石2019年我国CO 2 排放量约占全国总排放量的80%。以水泥为例：2020年水泥产量化等行业的CO 2 为23.77亿吨、碳排放量为13.75亿吨，约占全国CO 总排放量的14%。水泥行 2 业碳排放具有点多面广、量大的特点，减排任务十分艰巨。 图2 2009-2020年中国水泥行业水泥熟料产量和二氧化碳排放量
SNCR脱硝技术即选择性非催化还原（Selective Non-Catalytic Reduction，以下简写为SNCR）技术，是一种不用催化剂，在850～1100℃的温度范围内，将含氨基的还原剂（如氨水，尿素溶液等）喷入炉内，将烟气中的NOx还原脱除，生成氮气和水的清洁脱硝技术。 在合适的温度区域，且氨水作为还原剂时，其反应方程式为： 4NH3 + 4NO + O2→4N2 + 6H2O （1） 然而，当温度过高时，也会发生如下副反应： 4NH3 + 5O2→4NO + 6H2O（2） SNCR烟气脱硝技术的脱硝效率一般为30%～80%，受锅炉结构尺寸影响很大。采用SNCR技术，目前的趋势是用尿素代替氨作为还原剂。 SNCR脱硝原理 SNCR 技术脱硝原理为： 在850～1100℃范围内，NH3或尿素还原NOx的主要反应为： NH3为还原剂: 4NH3 + 4NO +O2 → 4N2 + 6H2O 尿素为还原剂: NO+CO(NH2)2 +1/2O2 → 2N2 + CO2 + H2O
系统组成： SNCR（喷氨）系统主要由卸氨系统、罐区、加压泵及其控制系统、混合系统、分配与调节系统、喷雾系统等组成。 SNCR系统烟气脱硝过程是由下面四个基本过程完成： 接收和储存还原剂；在锅炉合适位置注入稀释后的还原剂； 还原剂的计量输出、与水混合稀释；还原剂与烟气混合进行脱硝反应。 工艺流程 如图（二）所示，水泥窑炉SNCR烟气脱硝工艺系统主要包括还原剂储存系统、循环输送模块、稀释计量模块、分配模块、背压模块、还原剂喷射系统和相关的仪表控制系统等。 SNCR脱硝工艺流程图
水泥窑尾气脱硝中试项目 技 术 方 案 二〇一九年四月
目录 第一部分项目说明 (1) 1 总则 (1) 第二部分脱硝工艺系统 (2) 1 工艺流程 (2) 2 SCR脱硝系统组成 (2) 3 设计参数 (3) 第三部分工程及供货范围 (7) 1 工作范围 (7) 2 旋风除尘器供货清单 (7) 3 SCR脱硝系统供货清单 (8) 第四部分系统运行成本估算 (11) 1 物料单价 (11) 2 工艺消耗数据 (11) 3 年运行成本分析（以8000小时计） (11)
第一部分项目说明 1总则 本技术方案适用XX水泥脱硝中试项目，项目位于XX水泥厂区内。 1.1设计本工程的原始数据 原始数据如下： 序号项目单位数值 水泥窑尾气温度℃330~340 烟气量Nm3/h 10000 NO x原始排放mg/Nm3300 SO2原始排放mg/Nm310 含尘量g/Nm360~100 1.2工艺路线 根据本工程的原始数据与排放指标，参考甲方提出的工艺要求，烟气处理工艺路线为：窑尾烟气→旋风除尘器→SCR反应器→余热锅炉。烟气脱硝SCR还原剂采用氨水，氨区与原有SNCR氨区公用。项目建成后，达到要求的排放指标：NO x＜50mg/Nm3，氨逃逸＜3ppm（标准状况，基准氧）。 工艺流程图如下：
第二部分脱硝工艺系统 1工艺流程 SCR脱硝系统主要包括：氨水储存系统（利旧SNCR）、SCR反应器系统、催化剂、吹灰系统等。 2SCR脱硝系统组成 2.1氨水储存系统 氨水储存系统由卸氨泵、氨水储存罐及相应的仪表阀门等构成。系统利用原有甲方氨水储存罐和卸氨泵，不再单独设置。 2.2SCR反应器系统 本项目配置1台SCR反应器，反应器设计三层催化剂层，按照“2+1”方式布置，烟气竖直向下流经反应器。 SCR反应器本体依烟气流向可分为入口段、混合段、均流段、反应段。 SCR反应器的设计充分考虑与周围设备布置的协调性及美观性。反应器设计成烟气竖直向下流动，反应器入口应设气流均布装置，反应器入口及出口段应设导流板，对于反应器内部易于磨损的部位应设计必要的防磨措施。 反应器入口设置均流器，采用均布板后应起到如下作用：1）使得烟气通过均布板后流向大部分垂直向下，减少烟气流向的偏离角度；2）大颗粒灰撞击在均布板上可被击碎。 反应器设置足够大小和数量的人孔门。 反应器设计还考虑内部催化剂维修及更换所必须的起吊装置和平台。 反应器材料为Q345。 反应器的设计能够承受如下负荷：烟道及反应器自重、风荷载、地震荷载、灰尘积累、内衬和保温的重量等。 SCR反应器能承受运行温度420℃（每次不大于5小时，一年不超过三次）的考验，而不产生任何损坏。 2.3催化剂 针对本工程的特点，乙方负责SCR催化剂的选型、设计、采购、制造、质量保证、运输、储存及安装等。
一刖吕 2015年全国氮氧化物排放量1851.9万吨，其中，水泥排放氮氧化物约占全国排放总量的10%，仅次于火电和机动车行业，位居第三。 2016 W底，国务院印发《“十三五”节能减排综合工作方案》，提出到2020年氮氧化物排放总量比2015年下降15%以上的主要目标。《水泥工业大气污染物排放标准》(GB 4915-2013 )要求氮氧化物排放限值400 mg/Nm3，重点地区320 mg/Nm3 ；在氮氧化物排放要求日趋严格背景下，2017年5月，江苏省环保厅《矢于开展全省非电行业氮氧化物深度减排的通知》要求，水泥行业2019年6月1日前氮氧化物排放不高于100 mg/Nm3 ；2018年9月，《唐L1I市生态环境深度整治攻坚月行动方案》提出氮氧化物排放浓度不高于50 mg/Nm3。 现行的脱硝技术大体分为氧化法脱硝和催化还原法脱硝。氧化法脫硝采用强氧化剂，如臭氧、亚氯酸钠等强氧化剂，把NOx氧化 成高价氮氧化物，然后通过水或者碱液体进行吸收，但是存在耗电高、二次污染物废水排放问题。催化还原法，一般指SCR法，因其无二次污染排放问题，脫硝效率高，可以实现超净排放，运行可靠稳定、适应负荷波动等优点，广泛的应用在各个工矿企业中。SCR 脱硝技术作为全世界应用
最广泛高效的氮氧化物脫除技术，符合水泥行业日趋严格的氮氧化物排放要求，是一种理想的 水泥窑脱硝技术。研究高效水泥窑SCR脱硝技术，具有现实意义。 二水泥窑尾烟气特点 (1 ) NOx 含量高，为300-1300mg/Nm。3 (2) 湿度大，水含量8-16% ；水蒸气露点一般为45~55°C。 (3) 粉尘含量高，烟尘浓度达60-120 g/Nm3，并含有碱土金属氧化物等腐蚀性成分。 (4) 粉尘粒径小(小于10ym的颗粒约占75-90%)、比电阻高，除尘难度大。 (5) 粉尘中碱金属氧化物含量高。 以上这些烟气特点均增加了脫硝的难度和投资成本。 表1某水泥窑尾飞灰与燃煤锅炉飞灰主要成分对比
水泥窑炉空气分级燃烧及SNCR烟气脱硝技术江苏省盐城市兰丰环境工程科技有限公司苗长江陈森林 224000 摘要：本文从以下几个方面系统介绍了我公司治理水泥窑炉烟气中NOx的烟气脱硝技术，希望能对水泥窑炉NOx治理起到一定的借鉴作用。 关键词：回转窑分解炉 NOx 空气分级燃烧 SNCR脱硝技术引言 近年来，水泥工业随着现代城市建设的需要而得到了快速的发展，但是水泥生产过程中产生的废气对环境的污染也在不断加剧，特别是废气中的NOx对大气环境的影响已非常严重。由此，本文从以下几个方面系统介绍了我公司治理水泥窑炉烟气中NOx的烟气脱硝技术，希望能对水泥窑炉NOx治理起到一定的借鉴作用。 1 水泥窑炉NOx产生机理 在新型干法水泥生产工艺中，回转窑和分解炉是水泥物料烧成的两个关键设备。然而，回转窑和分解炉也是NOx生成的主要来源。 在水泥熟料生产过程中，大约有40%左右的煤粉从回转窑窑头的多通道燃烧器喷入窑内，并进行高温燃烧，为煅烧物料的熔融和矿物重结晶提供足够的温度，但物料温度必须超过1400℃时才会发生物料熔融和矿物重结晶现象，因此通常需要将窑头燃烧器形成的火焰温度控制在1800～2200℃之间，然而这样在回转窑内就会生成热力型NOx和燃料型NOx，且均有较多的形成比例，其中尤以热力NOx为主。同时，大约60%左右的煤粉进入分解炉，炉内的温度一般在850～1100℃范围内，在此温度下，基本可以不考虑热力型NOx的形成，主要是燃料型NOx。 由此，本文系统介绍了我公司治理水泥窑炉烟气中NOx的空气分级燃烧及SNCR脱硝技术，希望能对水泥窑炉NOx治理起到一定帮助。 2 水泥窑炉空气分级燃烧技术
水泥厂脱硝 水泥厂脱硝主要是脱去烟气中的NOx（氮氧化物），脱硫就是脱去烟气中的SO2（二氧化硫），这两种物质进入大气会形成酸雨，酸雨对人类的危害非常大，所以现在国家一直在提倡环保，以煤炭为燃料的烟气都含有这些物质，特别是火电厂，现在建火电厂都要同时建设脱硫，脱硝现在国家还没有开始强制上。 水泥厂的烟气脱硝技术主要有选择催化还原法（SCR）和选择性非催化还原法（SNCR） 选择催化还原法（SCR），脱硝效率达到95%，是目前公认最有前景的技术. 用NH3作还原剂将NOx催化还原为N2；烟气中的氧气很少与NH3反应，放热量小. 选择性非催化还原法（SNCR），脱硝效率在30%—50%之间, 在高温和没有催化剂的情况下，通过烟道气流中产生的氨自由基与NOx反应；烟气中的氧参与反应，放热量大。其他方法正在逐步淘汰出市场，不予介绍。 一、选择性催化剂还原烟气脱硝技术（SCR）是采用垂直的催化剂反应塔与无水氨，从燃煤燃烧装置及燃煤电厂的烟气中除去氮氧化物（NOx）。具体为采用氨（NH3）作为反应剂，与锅炉排出的烟气混合后通过催化剂层，在催化剂层，在催化剂的作用下将NOx 还原分解成无害的氮气（N2）和水（H2O）。该工艺脱硝率可达90%以上，NH3逃逸低于5ppm,设备使用效率高，基本上无二次污染，是目前世界上先进的电站烟气脱硝技术，在全球烟气脱硝领域市场占有率高达98%。 二、SCR烟气脱硝技术工艺原理 4NH3+4NO+O2->4N2+6H2O 8NH3+6NO2->7N2+12H2O 三、SCR烟气脱硝技术工艺流程SCR反应器通常布置在燃煤和燃油电厂的固态排渣或液态排渣锅炉的烟气下游，位于锅炉出口和空气预热器之间，此时气体温度为300～4000C，是脱硝 反应的最佳温度区间，一般利用氨作为反应剂，烟气在进入脱硝反应器之前,首先将NH3和空气的混合气体(氨气5%)导入，氨气由许多精密喷嘴均匀分配在烟气通道的横断面上,烟气由上向下流动，催化剂上表面保持一定的温度, NOx在催化剂表面和氨气反应生成