贾华平：水泥行业氮氧化物超低排放之技术刍议

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≤8 mg/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。

该成果在研发过程中，曾经获得如下财政支持：

①在基础研究阶段，获得国家自然科学基4项，分别是50872052、51172107、21106071、51272105;

②在应用研究阶段，获得国家“863”计划专项 2009AA05Z313;

③示范工程阶段，获得国家“十二五”科技支撑计划 2012BAE01BO3;

④产业化阶段，获得国家发改委新兴产业及产业结构调整专项 发改办产业(2011)1935。

2014年入选国家鼓励发展的重大环保技术，2016年被国家三部委指定为钒基催化剂的替代产品，2017年被环保部评为国际百强环保技术，入选工信部重点新材料首批次应用示范项目。

鉴于水泥生产中废气含尘浓度高的特点，催化剂载体的堵塞始终是难以逾越的障碍，项目另辟蹊径采用了向分解炉喷射的新方案;根据停留时间和分散度的需要，在分解炉下部喷入粉状脱硝剂、在分解炉上部喷入液体脱硝剂。上部喷入的液体脱硝剂，只是比氨水粘稠一些，原有的喷(氨)系统可资利用，不用新建喷入系统，几乎不需要直接投资。

2018年底，经甘肃某水泥厂、江苏某水泥厂试验表明，在窑尾NOx为1100PPM的情况下，NOx排放值可稳定控制在50 mg/Nm³以下，甚至更低;下一步的工作，主要是对脱硝剂喷入点和喷入量进行进一步优化，优化后即可进行全面推广。

江苏兴宁水泥公司提供了试验机会，试验效果很好。该生产线为5700t/d熟料线，加入量300～400kg/h，在停掉SNCR喷氨后、上下同时喷入该催化剂，能将NOx稳定控制在50mg/Nm³以下。

在利用现有SNCR喷氨设备的情况下，改造费用只有普通SCR改造的1/20;而且不存在催化剂回收问题、更不存在氨逃逸问题;与SNCR控制200mg/Nm³相比，根据窑尾废气的NOx含量大小(800～1200 mg/Nm³)，控制50 mg/Nm³以下的脱硝成本估计增加4～8元/t熟料。

那么，综合考虑“投资成本+运行成本”与SCR相比，南工大的“分解炉直喷脱硝剂”技术是否具有优势呢?

按5000t/d水泥窑脱硝考虑，几种SCR脱硝的一次性投资按4000万元计算，现有一年期贷款利率考虑各企业贷款条件在5.6～6.0%之间，一年以后按滚动还旧贷新，设定利率不变。

SCR一次性投资的成本并不算高，最高的也不到2元/t熟料。也就是说，直喷脱硝技术，运行成本不得比SCR高出1.7元/t熟料、有的甚至不得高出1.3元/t熟料，否则就没有竞争力了!遗憾的是，上面的估算它比现有SNCR还要高4～8元/t熟料。

优点：一次性投资极低，管理维护简单，操作使用方便，运行稳定可靠，不存在氨逃逸，不存在催化剂回收；问题：主要在于运行成本的大小，按目前水平初略估计，运行成本已经高到难以接受的程度。但愿并相信随着技术的成熟，运行成本能降到可以接受的程度。

回到分级燃烧 天瑞水泥

我们再熟悉不过的预分解水泥工艺，实际上就是一种分级燃烧，所以我们对分级燃烧有一种亲切感，这是我们的本质。在控制MOX排放的初期，我们很自然的又采用了分级燃烧，只是随着排放标准的提高，原有的分级燃烧无法满足脱硝需要的情况下，我们又借鉴其他行业的经验，逐步扩展到SNCR以至SCR，结果把脱硝搞得越来越复杂。 那么，分级燃烧是否还有改进优化的空间呢?一向重视技术创新的天瑞水泥公司就“不忘初心”，大胆的对分级燃烧做了认真的分析研究，结果出乎预料，获得了很好的脱硝效果。使一项初级的脱硝技术蜕变为先进的脱硝手段，不仅获得了理想的脱硝效果，而且还兼得了提产和节能降耗。 就烧成系统的NOx来讲，我们都知道回转窑是主要来源，却把主要精力放在了分解炉改造上，而对受到空间制约的窑尾烟道和分解炉锥体几乎没有反抗，虽然也取得了一定的效果，但要达到超低排放可就难了。而天瑞水泥公司正是看透了这一点，他们将主要精力用在了后窑口，大幅度加长了窑尾烟道、专门给后窑口加了蒸发室，将窑尾烟气在进入分解炉前、就将NOx控制在了100mg/Nm³以下，大大降低了分解炉的脱硝负担，所以天瑞水泥成功了。 就我们国内来讲，从去年底到现在，天瑞水泥公司已经陆续在卫辉2#窑、登电、永安改造了3条5000t/d线和荥阳1条12000t/d线，都取得了很好的效果，NOx排放浓度达到20～30 mg/Nm³，氨逃逸达到3 mg/Nm³以下，氨水用量只有0.7～0.8t/h，窑产能提高了10%左右。就5000t/d线来讲，改造工期在50天左右，改造费用约为3000万元/条，如果采用甲供材协议，费用还可能进一步降低。

从上图来看，未改造的1#窑，氨水用量为0.98m³/h，NOx排放浓度为73mg/Nm³，氨逃逸为4.75mg/Nm³；已改造的2#窑，氨水用量为0.4m³/h，NOx排放浓度为26mg/Nm³，氨逃逸为2.48mg/Nm³。

优点：与SCR相比，脱硝效果更好一些，一次性投资低了四分之一，管理维护简单，操作使用方便，运行稳定可靠，不存在催化剂回收；

问题：由于各厂的工况和原燃材料不同，投运初期有可能遇到局部结皮，还需要针对性的局部小改。