水泥行业几种脱硝技术分析研究

文章导读

据统计，目前水泥行业NOx的排放量约占总排放量约10%，成为继火力发电和汽车尾气之后的第三排放“大户”，NOx已成为水泥行业主要废气污染物。2020年6月，生态环保部发文，关于《重污染天气重点行业应急减排措施制定技术指南》的函，全面推行重点行业差异化减排措施。水泥行业作为重点排放行业，如何实现NOx超低排放，已成为当前迫切需要亟待解决的问题。这对于改善环境质量，提高企业效益，推动社会进步都有着重要意义。

▲来源：《中国水泥》

▲作者：朱伟，朱玲玲，安新，蒋鑫

01NOx形成机理

水泥熟料的煅烧在高温下进行，NOx的产生途径主要有热力型、燃料型和快速型三种。

三种NOx的生成量与温度的之间关系如图1所示。

02脱硝技术

目前水泥行业的脱硝技术主要有低氮燃烧、分级燃烧、选择性非催化剂还原技术(SNCR)、选择性催化还原技术(SCR)、LCR、低氮还原炉、热碳还原等。其中低氮燃烧属前端治理技术，SNCR、SCR属末端治理技术，各技术对应的使用位置如图2。本文重点介绍分析SNCR技术、LCR技术、SCR技术。

03SNCR技术

SNCR技术是通过高压喷枪将氨水(20%浓度)喷入窑尾预热器分解炉内，一般选择850~1100℃温度范围的区域设置喷枪点，烟气中的NOx与喷入分解炉内的还原剂(一般是氨水)在高温环境中迅速发生化学反应生成H2O和N2，实现脱除NOx的目的。化学反应方程为：

4NH₃+4NO+O₂→4N₂+6H₂O

4NH₃+ 2NO₂+O₂→3N₂+6H₂O

SNCR脱硝技术的投资较少，而且系统简单，非常适合水泥生产过程中的烟气脱硝，目前很多水泥企业采用SNCR烟气脱硝技术。图3为还原剂为氨水的SNCR系统流程图。

04SCR技术

SCR技术是一种将NOx在催化剂的帮助下转化成N₂和H₂O的过程。液态氨、氨水或者尿素作为催化剂被喷到烟气中并吸附在催化剂表面上发生反应。如果使用尿素的话，CO₂也是反应的产物之一。

4.1 高温高尘

在预热器C₁筒出口至余热锅炉入口之间增加高温SCR脱硝系统，烟气自C简经过SCR系统脱硝后再进入余热锅炉，如图4所示。

SCR脱硝系统会对预热器系统阻力增加8000~1000Pa，增加后对高温风机工况点带来变化，风机效率会降低，需要对风机进行改造。

SCR脱硝系统运行过程中要防止催化剂的堵塞。首先在结构上系统设计要合理，应使反应器的烟气流场顺畅，尽可能利用烟气把粉尘带走，不让它在反应器内沉积；在催化剂方面，选择合适的间距，避免灰分在催化剂单元/开孔沉积和搭桥；选择合适的催化剂内烟气速度：选择合适的烟气速度有助于减轻催化剂的堵塞情况，但是若速度过大则会加剧催化剂的磨损。设置合适的吹灰装置，强化系统的吹灰效果。

4.2 高温中尘

高温中尘系统也是布置在预热器C₁筒出口至余热锅炉入口之间。从C出口出来的高温高尘烟气，首先经过高温金属滤袋过滤(除尘区)，烟气含尘量降至10mg/Nm³以下，然后洁净的高温 烟气自下而 上通过SCR反应器(脱硝区)，在催化剂的作用下烟气中喷入的氨与NOx发生还原反应，将NOx脱除到50mg/Nm³以下。

该系统共增加阻力初期700~800Pa，滤袋使用后期阻力不超过1200Pa，会对高温风机带来影响，需要对风机进行改造。

4.3 中温中尘

系统布置在高温风机与原料磨之间，烟气从水泥窑预热器C，出口汇总管道引出，经过余热锅炉后温度降低至180~230℃，粉尘降低至40~60g/Nm³，经过高温风机后的烟气进入到SCR脱硝反应器，脱硝后烟气送回原料磨入口烟道。用烟道将SCR反应器、高温风机出口烟道、原料磨烟道等连接，并设置相应阀门隔离。工艺流程图如图5。

该系统共增加阻力约900Pa，会对尾排风机带来影响，需要对风机进行改造。

4.4  三种布置方式对比分析(见表1)

高温高尘或是高温中尘布置，反应器布置于余热锅炉前(C，出口)，系统布置位置高，占地面积大，施工难度相对较大，温降较大，对余热锅炉的余热利用效率有一定的影响，吨熟料发电量降低约2.5kWh、5kWh。

中温中尘SCR脱硝技术，SCR反应器布置于高温风机之后，对原生产系统影响较小。

05LCR技术

LCR技术即液态催化剂脱硝技术，是针对废气排放所含NOx，使用高效脱硝塔进行整体治理，在烟气入口温度15~280℃的范围，高效脱硝塔是利用液态催化剂的催化反应来达到处理NOx，LCR脱硝技术融合了吸收、催化反应等技术，将NOx主要变成H2O和Nz，无二次污染，该技术具有中低温高效特点，脱硝效率95%，NOx放最低可以降到10mg/Nm2以下，同时可以脱硫、脱硝、脱氨、除尘一体化，达到尘、硫、硝、氨的超低排放，投资成本、运行成本较低。

其反应过程：

1.2NO+LCR(H⁺)→N2+2H2O

2.2NO2+2LCR(H⁺)→N2+4H2O

LCR液态催化剂脱硝技术原理示意图，如图6所示。图7为LCR脱硝技术效果图。

LCR工艺介绍：高效脱硝塔采用双循环方式，分为上下两脱硝循环区，两级循环分别设有独立的循环箱和喷淋层，根据不同的功能，两级循环采用不同的运行参数。

在塔内设置积液盘将系统分隔为上、下循环区。这样在吸收塔内形成相对独立的双循环系统，烟气的脱硝脱硫由脱硝脱硫系统和深度脱硝脱硫系统共同完成，这样可以做到控制不同的参数和提高脱硝脱硫效率。

06结束语

新型干法水泥生产使用煤作为主要燃料，排放的烟气成分复杂，主要污染物有SO2、NOx、粉尘等，其中NOx 对人体危害极大，同时严重污染环境。2013年12月，国家环境保护局公布GB4915-2013《水泥工业大气污染物排放标准》，NOx排放标准降至320mg/m³。近年来，各省市环保管理部门陆续发布地方性《水泥工业大气污染物排放标准》，部分省市对水泥生产制定超低排放标准，新标准要求NOx排放标准降至50mg/m³以下。

目前，SCR技术、LCR技术均能满足超低排放要求，水泥生产企业可以结合自身实际进行选择。实施脱硝改造，推进行业高质量发展，持续改善环境空气质量，对实现水泥行业的绿色可持续发展具有十分重要的意义。

本文编辑：汪茵

统筹：李晓佳

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