水泥行业SCR SNCR 低氮燃烧器脱硝方案选择分析

一，超低排放的演化目前，水泥生产的大气污染物排放国家标准，仍然执行GB 4915-2013。

标准要求新建企业自2014年03月01日、现有企业自2015年07月01日起，一般地区按表1执行，重点地区按表2执行。

由表1、表2可见，多数企业牵涉的控制指标有“颗粒物、二氧化硫、氮氧化物、氨”四项。

实际上，国家标准为最低标准，这个要求不算太高，可以说现有生产企业已经全部实现。

在生态文明和绿色发展的大背景下，鉴于国内环保意识的增强和环保力度的加大，特别是近年来治理雾霾的压力要求，以及严重的产能过剩，各地方政府对国家的环保政策给予了积极响应，相继出台了自己的特别排放值实施计划，不但严格执行了国家的环保标准，而且因地制宜地制定了更加严格的地方标准，并达到了很好的落实。

值得一提的是，为了响应国家环保治理和供给侧改革的经济大局，水泥行业在水泥协会的主导下化危机为机遇，转化产能过剩于错峰生产、利用协同保价支撑环保治理，作出了很大贡献、取得了很好的业绩，既缓解了产能过剩、维护了行业的稳定、又促进了环保治理。

处于京津冀大气污染传输通道上的“2+26”城市覆盖了京、津及晋豫鲁三省，全部按国家重点地区标准执行，水泥行业对上述地区的雾霾治理作出了贡献。

不完全统计部分地区的严控标准见表3。

表3目前，我们建材行业的排放量，在全国工业系统中位列前二至前三位，其中二氧化硫占到全国排放总量的10%左右，氮氧化物占到全国排放总量的14%，烟尘排放占到全国排放总量的16%左右，废弃物排放总量占全国排放总量的13%左右。

虽然近些年我们作了很大努力，采取了很多措施，各项指标有明显的进步，但是各行各业都在进步，所以总的比例没有发生显著的变化。

2019年10月29日，建材联合会的乔龙德会长，在芜湖给我们提出了新的要求：无论是今天的减排目标，还是此前提出的10、50、100指标，都是过渡性目标，不是最终目标，行业必须朝着更低的和无污染的排放目标而奋斗，彻底改变与扭转社会各界对行业的认识和评价。

二，超低排放的难题严格的要求需要相应的技术支撑，否则就是一句空话。

就超低排放控制的四个指标“颗粒物、二氧化硫、氮氧化物、逃逸氨”来讲，覆盖所有企业的是颗粒物、氮氧化物，二氧化硫只是部分原燃材料含硫高的企业，氨逃逸则主要来自于二氧化硫、氮氧化物的治理措施。

在粉尘治理上，超低排放没有难度。

概念性已经不存在技术难题，只是一个投入的问题、一个投入产出比问题、一个环保方面的机会成本问题。

实际上，从上世纪80年代我们引进一系列环保治理设备和技术以来，确实取得了长足的进步，但仔细分析就会发现，除了技术的先进性以外，关键是过滤风速的大幅度降低。

过滤风速的降低意味着装备的加大、投资的加大，这只不过是一个重视程度的问题。

关于二氧化硫的排放，原来在地域分布上不太均衡，水泥窑本身就是很好的脱硫工艺，北方的原燃材料含硫不高，脱硫问题主要在南方的一些水泥企业；但随着原料资源的不断贫化、低价位高硫煤的部分应用、以及已经热化起来的协同处理，需要脱硫的水泥企业迅速增多。

但总体上讲，二氧化硫的超低排放还不是难题，只要给予一定的投入，采用相应的脱硫措施，还是能够实现的，无非是一次性投资和运行成本问题。

水泥行业超低排放的最大难题是氮氧化物，这与行业特点有关。

要达到氮氧化物的超低排放，包括其他行业，就成熟的技术来讲，目前最有效也是唯一的措施就是SCR脱硝。

在水泥行业大致有三种路径：①高温高尘，脱硝效率虽高，但易造成催化剂堵塞、中毒、磨损;②中温中尘，虽然对催化剂的堵塞、中毒、磨损有所缓解，但脱硝效率很难保证;③低温低尘，虽然解决了催化剂的堵塞、中毒、磨损问题，但脱离了催化剂的温度窗口，需要加热、运行成本很高。

恩格斯曾经说过：“社会上一旦有技术上的需要，则这种需要会比十所大学更能把科学推向前进。

” 这句话到现在依然有效，一定的压力、特别是自加的压力，往往能转化为动力。

水泥行业的生产企业、装备行业、研究单位，以及大专院校，正是在这种压力促使下，积极的开始了适应性改进、甚至是颠覆性创新，已经有不少成果开始了工业试验。

三，现行NOx超低排放技术评述由于时间的关系，这里仅根据技术特点，选择一部分有代表性的技术方案作一个简单的评述，井底刍议、仅供参考。

为什么是刍议，各个企业、甚至每条线的环境和工况都不相同，就需要不同的技术共存发展。

不存在哪种技术是最好的，而是哪种技术最适合自己，最适合的才是最好的。

这里只谈已经有应用业绩、至少在工业试验上获得验证的技术：1，以精准喷氨为代表的上海万澄目前水泥窑的SNCR空间上设在分解炉，然而分解炉的温度场不是均匀分布的、而且不是固定不变的。

喷氨脱硝有一个温度窗口，在窗口以外的喷氨不但是无效的，而且会造成氨逃逸、形成氨污染，这就是造成SNCR脱硝效率不高的根本原因。

因此，智能控制精准喷氨就成为提高SNCR效率的有效措施。

上海万澄环保科技有限公司，在这方面的研究就取得了突破，其提出的“智能优化控制+SNCR”技术，经四川国大、四川德胜、四川利森三条5000t/d线的实施验证，均取得了NOx排放浓度稳定控制在低于50mg/m³以下的效果。

其原理主要是采用分层级安装可独立控制的喷枪组，利用智能实时优化控制系统对NOx排放进行预测，对生产工况的变化实时跟随，根据工况及时调整并分别控制氨水的喷射位置及喷射量，从而达到提高脱硝效率、减少氨水用量、降低氨逃逸的目的。

优点：一次性投资很小，管理维护方便；问题：氨水消耗量较大、运行成本较高，对烧成工况波动较大的生产线难以适应。

比如在某厂进行的6天试验，结果如下：① NOx控制在200mg/Nm³时，氨水实际用量为742L/h; ② NOx控制在100mg/Nm³时，氨水实际用量为1169L/h; ③ NOx控制在50mg/Nm³时，氨水实际用量为1356L/h。

2，多项脱硝措施组合增效的上海三融面对NOx排放愈来愈严的要求，采用多项成熟技术的组合增效，不失为一种简单有效的方法，上海三融公司就集合组成了“分级燃烧+SNCR+蒸汽催化燃烧”脱硝技术。

该技术试验的厂家比较多，积累了不少经验，为水泥行业脱硝事业作出了积极贡献。

典型的代表是在江苏信宁新型建材有限公司5000t/d线上的试验。

优点：一次性投资较小，管理维护简单；问题：分料、分煤过于复杂，特别给工况波动时的操作调整带来一定困难，较大的工况波动将影响脱硝效果，氨水消耗量较大、运行成本较高。

3，保留SNCR的高温中尘SCR 西矿环保西矿环保公司的“SNCR+高温电除尘+SCR”方案，充分利用SNCR的经济性和SCR 的高效性，以高温保证催化剂效率，以除尘缓解催化剂的堵塞、中毒、磨损问题，以并用SNCR减轻SCR的负担，较好的适应了水泥行业的特点，并成功应用于河南登封宏昌的脱硝项目。

宏昌项目投资约4000万元，改造工期约4个月，2018年9月份投运，系统阻力1000Pa左右，温度降低10℃左右，原SNCR还原剂消耗量降低。

2018年10月14日通过专家组验收，NOx排放浓度可稳定实现50mg/Nm³以下，脱硝率可达90%以上，氨逃逸小于3ppm。

该项目的成功受到了各级政府、以及整个水泥行业的重视。

2019年06月20日，国家生态环境部科技与财务司司长邹首民等，曾亲临现场调研指导。

优点：高温保证了稳定的脱硝效率，高温避开了硫酸氢铵的粘结堵塞，除尘缓解了催化剂的堵塞、中毒、磨损问题；问题：一次性投资较大，催化剂的更换费用较高，催化剂的寿命还有待进一步观察，环节较多管理相对复杂，特别是高温、高空电除尘器的运行维护。

4，高温高尘SCR 蒂森克虏伯蒂森、克虏伯、伯力鸠斯，这几个都是世界上很牛的公司，现在又组合成一家了！关于水泥行业的高尘特点，他们认为没有问题，高尘反而有利于缓解催化剂中毒；至于堵塞问题，他们有有效的清灰手段。

因此，他们直接采用高温高尘的SCR工艺，据说他们有成熟的经验，在德国的几条线也是这么干的，而且都运行良好。

据介绍，蒂森克虏伯在水泥行业已有13年以上的催化剂脱硝运行经验，其成熟的技术是世界范围内高尘SCR应用最多的解决方案，多年的经验表明高尘SCR是降低NOx 最经济的方案。

他们已经掌握了相关的清灰工艺，并在多个工厂得到了验证。

与标准陶瓷蜂窝催化剂相比，公司对催化剂进行了关键改进，大幅增加了催化剂的使用寿命，自2013年8月以来，其所有SCR项目全年运行率都超过了95%。

对于一般的5000t/d生产线，目前为双塔方案，设备采购时间约5～6个月，现场安装和对接时间约2个月，项目投资在4000万元左右。

该公司正在针对5000t/d线开发单塔方案，下一步采用单塔方案、以及催化剂国产化后，总投资有望降到3000万元左右。

根据他们已有十余条生产线十几年的运行经验，大致可以做到2-3年换一层催化剂，一般设计为4层催化剂，一层催化剂基本可以用到10年左右。

当然，催化剂寿命与烟气及粉尘组份有关，具体的使用寿命将根据项目的具体情况提供一个预期的寿命管理。

正是人以类聚、物以群分，牛人找牛人。

在大家一脸茫然之际，中国水泥最牛的海螺水泥选择了蒂森克虏伯的脱硝技术，而且一干就是两条线。

目前，海螺济宁已经投运，中国水泥厂也正在调试即将投运。

济宁海螺项目济宁海螺项目于2019年08月21日投产运行，整个系统阻力不到400Pa，高温风机电耗增加不多。

SNCR已经停用，目前只使用SCR系统，进口NOx浓度在600～700mg/Nm³, 出口浓度在50～60mg/Nm³，氨水(20%浓度)使用量在600kg/h 左右，氨逃逸稳定在2～3mg/Nm³左右。

全面实现了NOx排放≤100 mg/Nm³，氨逃逸≤8mg/Nm³的目标。

需要说明的是，尽管改造的目标是NOx排放≤100 mg/Nm³，但还是安排了更高目标的试验，短时间运行了几个小时，可以将NOx排放稳定控制在20～27mg/Nm³。

中国水泥厂项目优点：高温保证了稳定的脱硝效率，高温避开了硫酸氢铵的粘结堵塞，系统流程简化方便了管理、减小了维护量；问题：一次性投资较大，催化剂的更换费用较高，在高尘状态下催化剂的寿命还有待进一步观察。

分解炉直喷脱硝技术南工大SCR是目前脱硝超低排放技术的顶梁柱，其技术核心是脱硝催化剂，遗憾的是，目前国内外商用的脱硝催化剂均为V2O5/TiO2体系，而美国、欧盟环境署、中国国家环保部都已将V2O5定为剧毒污染物。

SCR的催化剂不仅在使用中存在堵塞、中毒问题，在已有生产线的改造设计上存在空间布局的困难，而且还存在催化剂老化后的保管、回收问题。

南京工业大学材料化学工程国家重点实验室的祝社民团队，在有关部门的同力支持下，毅然另辟蹊径、放弃了SCR技术，转向研发了一种稀土基直喷脱硝剂，而且脱硝性能初步试验达到了国际领先水平。