技术｜水泥窑SCR烟气脱硝技术的可行性分析-北极星大气网

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引言

GB4915—2013《水泥工业大气污染物排放标准》规定，水泥企业氮氧化物自2015年7月1日起（新建企业自2014年3月1日起）执行400mg/m3排放标准，重点区域执行320mg/m3排放标准，要求脱硝后氨排放浓度小于8mg/m3。然而，参照GB13223—2011《火电厂大气污染物排放标准》，重点区域火电厂的NOx排放限值为100mg/m3，为世界最严排放标准。在此基础上，2014年5月，浙江浙能嘉华电厂8号机组超低排放示范工程的建成投产[1]，NOx排放指标可控制在50mg/m3以下。此外，2014年颁布的GB13271—2014《锅炉大气污染物排放标准》亦对小型锅炉排放标准提出要求，重点区域NOx排放指标控制在200mg/m3以下，部分地方执行更严格标准，比如杭州市要求控制在150mg/m3以下。

鉴于行业间排放标准的不均衡性和地方减排任务要求，有可能导致水泥工业排放标准进一步严格化。本文通过对实际投产SNCR脱硝系统跟踪调查，分析其存在的问题，认为单从水泥工业NOx单项控制指标来看，若要推行更加严格的标准，有必要联合SCR技术。SCR脱硝技术已经广泛应用于燃煤电厂烟气NOx减排，有许多可以借鉴的经验，但是水泥厂烟气特征及成分与燃煤电厂毕竟有所不同，而关于水泥窑SCR脱硝的研究和报道较少，为此，本文参照燃煤锅炉SCR脱硝技术要点和水泥窑烟气特征，对水泥窑应用SCR烟气脱硝技术的可行性进行分析。

1水泥脱硝现状及存在的问题

1.1水泥脱硝现状

针对水泥窑的NOx控制技术主要有三类：低氮燃烧技术（LNB）、SNCR脱硝技术和SCR脱硝技术。低氮燃烧技术包括低NOx燃烧器、燃料分级燃烧、空气分级燃烧等手段，主要从控制氧气供给或降低烟气温度等方面着手，降低热力型NOx的生成。其脱硝效果受到水泥熟料煅烧工艺制约，脱硝效率一般认为在15%~30%，稳定性不佳，一般作为配合技术，降低初始NOx排放浓度，节省还原剂耗量。SNCR脱硝技术，是在水泥窑的适当位置喷入含有氨基的还原剂，使烟气中的NOx被还原为N2。技术关键在于喷射点反应区温度需保持在850~1050℃，还原剂能与烟气混合均匀，脱硝效率一般认为在60%以上。SCR脱硝技术以含有氨基的还原剂，在装载有催化剂的反应器内，将烟气中的NOx选择性地还原为N2，脱硝效率一般认为在80%以上，水泥行业应用案例极少，火电厂应用已经成熟。

采用SNCR脱硝技术或LNB-SNCR联合脱硝技术，可以做到控制NOx排放浓度低于320mg/m3，最低可以做到200mg/m3以下。以浙江省为例[4]：截至2013年底，全省73条水泥熟料生产线中，配套脱硝设施的有43条，形成NOx减排能力5.23万吨/年，全部为SNCR脱硝技术。对其运行情况的调查结果表明：对企业而言，SNCR脱硝技术具有标准可达性、建设成本低、改造周期短和脱硝效果好等优点，是基于现行标准的最佳选择。

1.2SNCR脱硝技术存在的问题

首先，是氨水利用率低，通常60%的脱硝率对应的氨氮摩尔比（NSR）在1.6左右，由氨水导致的直接运行费用吨熟料约为2.5~3.5元；根据GB4915—2013氨排放浓度需控制在不超过10mg/m3（重点区域8mg/m3），包括本底氨及脱硝产生的氨逃逸，脱硝系统设计合理、运行维护良好时，脱硝导致的氨排放增量可以控制在1~2mg/m3，通常情况下水泥厂本底氨排放浓度较低，约为1~3mg/m3，氨可达标排放，但是，当个别企业因为原燃料的差别，本底氨较高时，氨排放会超标，对环境造成二次污染。目前SNCR脱硝系统均以窑尾烟囱NOx作为氨水计量和调节依据，存在控制难、调节滞后的问题。目前尚未发现SNCR脱硝系统对设备的腐蚀问题，但是基于火电厂脱硝工程的运行经验，仍然存在一定的隐患，有待持续考察。若要求控制NOx排放浓度在150mg/m3以下，SNCR技术不能保证满足要求。

2水泥窑SCR烟气脱硝技术

2.1高温高尘SCR脱硝技术

SCR反应器布置在第一级旋风预热器之后，温度约为350℃，粉尘浓度80~100g/m3。其技术特点是：该温度范围适合大多数催化剂的工作温度，此处烟气温度与常规催化剂活性温度窗口较为吻合，无需对烟气进行再加热。据报道，国际上采用SCR技术进行脱硝的水泥企业仅有为数不多的几家，其中德国SolnhoferZementwerkes和意大利CementeriadiMonselice这2家水泥厂均采用高温高尘的布置方式。其优点是脱硝效率高、氨水利用率高及能有效控制氨排放浓度，适合于更严格标准；缺点是催化剂易中毒，催化剂反应器易受飞灰磨损，反应器蜂窝状通道易堵塞，催化剂易烧结，不适合于高活性催化剂，建设成本和运行成本都较高，催化剂的适用性也有待考证。

延伸阅读：

【技术】水泥工业脱硝技术及其影响因素分析

原标题：水泥窑SCR烟气脱硝技术的可行性分析

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