(完整版)水泥窯爐脫硝技術(shù)

翁衛(wèi)國博士浙江大學(xué)國家環(huán)境保護(hù)燃煤大氣污染控制工程技術(shù)中心水泥窯爐脫硝技術(shù)2011年10月中國大氣污染已成為全球關(guān)注的焦點(diǎn)！2010年全國氮氧化物排放量2273.6萬噸，主要集中在火電、水泥和機(jī)動(dòng)車行業(yè)。《我國國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展十二五規(guī)劃綱要》，明確提出“十二五”氮氧化物減排10%的約束性指標(biāo)，對(duì)脫硝技術(shù)提出更高的要求。上海北京廣州—NOx控制迫在眉睫背景水泥窯爐概況及NOx排放現(xiàn)狀2010年我國水泥產(chǎn)量為18.68億噸，水泥企業(yè)近5000家。水泥煅燒產(chǎn)生大量NOx，排放濃度為300mg/Nm3~2200mg/Nm3，每噸熟料約產(chǎn)生1.5kg~1.8kg氮氧化物。2010年全國水泥排放氮氧化物約200萬噸，約占全國氮氧化物排放總量的10%，

僅次于電力行業(yè)和機(jī)動(dòng)車尾氣排放，位居第三。

行業(yè)排放對(duì)NOx污染的貢獻(xiàn)率水泥回轉(zhuǎn)窯工藝示意圖國內(nèi)外水泥窯NOx排放標(biāo)準(zhǔn)國外水泥窯NOx排放標(biāo)準(zhǔn)（mg/Nm3）奧地利比利時(shí)德國愛爾蘭意大利盧森堡葡萄牙瑞典美國荷蘭歐盟指令NOx5001800500*11300180080013002009001300200-500國際水泥工業(yè)對(duì)NOx排放限制最嚴(yán)格的是德國標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定采用二次燃料的替代率≤60%時(shí)，其排放氮氧化物濃度不得超過500mgNO2/Nm3；二次燃料替代率為60%～100%時(shí)，不大于200mgNO2/Nm3。我國水泥窯NOx排放標(biāo)準(zhǔn)：我國現(xiàn)執(zhí)行《水泥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB4915-2004，規(guī)定NOx排放濃度不得超過800mg/m3。杭州地區(qū)規(guī)定不得超過150mg/m3GB4915-2004水泥工業(yè)氮氧化物排放標(biāo)準(zhǔn)排放濃度（mg／m3）單位產(chǎn)品排放量（kg／t）8002.40頒布年份排放標(biāo)準(zhǔn)NOx限值mg/m31985《水泥工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB4915-85)

無限制1996《水泥廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB4915-19968002004《水泥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB4915-2004)

8002010《水泥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》DB44／818－2010（廣東）550（新建水泥窯）2003《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》

GB23223-2003450-1100(燃煤）2012《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》

GB13223-2011100（燃煤）水泥行業(yè)與火電行業(yè)NOx排放標(biāo)準(zhǔn)比較水泥行業(yè)的NOx排放標(biāo)準(zhǔn)會(huì)日趨嚴(yán)格！水泥窯爐NOx控制技術(shù)爐內(nèi)燃燒控制技術(shù)

選擇性非催化還原（SNCR）技術(shù)選擇性催化還原（SCR）技術(shù)控制進(jìn)爐生料的成分；爐窯燃料的類型；提高熱效率；爐窯內(nèi)分級(jí)燃燒；有效的冷卻控制；采用專家控制系統(tǒng)；采用低氮燃燒器。爐內(nèi)燃燒控制技術(shù)SCC采用分級(jí)加入燃料和空氣，使NOx形成降到最低物料加入方式來降低NOx放熱排放。在窯爐的進(jìn)料端點(diǎn)燃燃料，并保持還原性氣氛，就可以減低在窯內(nèi)燃燒帶中形成的NOx；通過調(diào)整燃燒空氣量，使得焙燒燃料最初是在還原性氣氛中燃燒，以降低NOx的生成，然后再在氧化氣氛中完全燃燒；通過控制生料的加入量來調(diào)節(jié)焙燒溫度；引入三次風(fēng)來調(diào)整焙燒器中還原性氣氛，使其達(dá)到適宜的還原氣氛，采用這種方式的SCC技術(shù)可降低熱力型和燃料型NOx。焙燒器處的分級(jí)燃燒(SCC)SCC分級(jí)燃燒美國Suwannee水泥廠的空氣分級(jí)SCC帶有轉(zhuǎn)窯入口噴燃器的PolysiusMSC-SCCFloridaRockIndustries的空氣-燃料分級(jí)SCC美國Titan水泥廠的燃料-空氣順序分級(jí)SCC分級(jí)燃燒SCC分級(jí)燃燒技術(shù)在美國PH/PC水泥窯上的業(yè)績選擇性非催化還原技術(shù)（SNCR）SNCR工藝的主要化學(xué)反應(yīng)如下：尿素、NH3均可作為還原劑；溫度過高氨會(huì)和氧反應(yīng)生成NOx；溫度過低NOx還原反應(yīng)的速率過低，造成原煙氣中有過量的氨逃逸或是生料物料上有氨沉積；因此必須尋找合理的氨氣噴入位置，達(dá)到適合SNCR反應(yīng)的溫度區(qū)間。NH3的可噴入位置選擇性非催化還原技術(shù)（SNCR）SNCR技術(shù)的工程應(yīng)用 2006年之前，在歐洲至少有18個(gè)水泥窯采用了SNCR脫銷技術(shù)，其中15座在德國，2座在瑞典，一座在瑞士。在這些工程中還原劑多為濃度為25％的氨水，NH3/NOx比值為0.5～0.9,脫硝效率為10～50％。 瑞典的兩座干法回轉(zhuǎn)水泥窯在安裝SNCR裝置之后，在NH3/NOx比值為1.0～1.2的條件下，脫硝效率達(dá)到80～85％，究其原因是采用了多點(diǎn)噴射技術(shù)（12個(gè)點(diǎn)）

。優(yōu)點(diǎn)：

1.固定投資少；2.設(shè)備簡單；3.不用催化劑；4.初期投資少；5.系統(tǒng)簡單；6.易于實(shí)施。缺點(diǎn)：

脫硝效率低（<40%）；運(yùn)行成本較高；對(duì)反應(yīng)溫度要求高，需要準(zhǔn)確控制反應(yīng)區(qū)內(nèi)的溫度；需要比較高的NH3／NOx值（一般大于1），部分NH3被產(chǎn)品吸收。選擇性非催化還原技術(shù)（SNCR）選擇性催化還原（SCR）技術(shù)

SCR催化劑煙氣

NOXNOxNOxNOxNH3

噴射格柵NH3+NOxNH3+NOxNH3+NOxNH3+NOxN2N2N2N2H2OH2OH2OH2O潔凈煙氣N2N2N2N2N2選擇性催化還原法(SCR)是工業(yè)上應(yīng)用最廣的一種脫硝技術(shù)；理想狀態(tài)下，可使NOx的脫除率達(dá)90%以上，是目前最好的固定源NOx治理技術(shù)；SCR反應(yīng)溫度一般為300～450oC?；净瘜W(xué)原理SCR可以安裝在水泥窯的兩個(gè)位置：在除塵器的下游-“低塵負(fù)荷”系統(tǒng)；優(yōu)點(diǎn)：催化劑壽命長，不易堵塞；缺點(diǎn)：需要對(duì)煙氣進(jìn)行加熱，達(dá)到催化劑的反應(yīng)溫度；最后一個(gè)旋風(fēng)筒下游（不帶反應(yīng)器）-“高塵負(fù)荷”系統(tǒng)；優(yōu)點(diǎn)：煙氣溫度適合催化劑要求，無需加熱；缺點(diǎn)：煙氣粉塵濃度高，催化劑容易被堵塞、磨損。選擇性催化還原技術(shù)（SCR）SCR脫硝系統(tǒng)的高粉塵負(fù)荷布置。到2008年，全世界一共有3個(gè)水泥廠安裝了SCR系統(tǒng)德國Solnhofen水泥廠意大利Monselice水泥廠意大利Calavino水泥廠其中德國的Solnhofen水泥廠的SCR系統(tǒng)可靠運(yùn)行了40000小時(shí)。選擇性催化還原技術(shù)（SCR）德國Solnhofen波特蘭水泥廠中預(yù)熱塔附近的SCR系統(tǒng)SCR在水泥窯爐上應(yīng)用的問題:煙塵中顆粒物會(huì)堵塞催化劑，必須安裝吹灰器；煙氣中的堿性物質(zhì)、CaO和SO2會(huì)使催化劑中毒；如果將SCR安裝在除塵器的下游，必須安裝煙氣再熱器，加熱煙氣到催化劑的最佳工作溫度。選擇性催化還原技術(shù)（SCR）ColdFlowModeltestingsystemGeometricmodelNH3concentrationinSCRreactorVelocitydistributionattheupstreamofAIGNH3concentrationattheinletofcatalysts催化劑反應(yīng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用SCR在水泥窯爐上應(yīng)用的問題:煙塵中顆粒物會(huì)堵塞催化劑，必須安裝吹灰器；煙氣中的堿性物質(zhì)、CaO和SO2會(huì)使催化劑中毒；如果將SCR安裝在除塵器的下游，必須安裝煙氣再熱器，加熱煙氣到催化劑的最佳工作溫度。選擇性催化還原技術(shù)（SCR）SCR催化劑抗中毒規(guī)律研究催化劑組分改性（控制添加微量有效組分）催化劑中毒機(jī)理研究（量子化學(xué)分析）催化劑抗中毒配方研究催化劑抗中毒研究（量子化學(xué)+實(shí)驗(yàn)手段）煙氣中的多種組分（如堿金屬）易造成催化劑的中毒，因此需開發(fā)適合水泥窯爐煙氣條件的催化劑配方。

水泥窯爐煙氣有害成分分析堿性物質(zhì)CaOSO2堿土金屬中毒機(jī)理研究中毒催化劑模型新鮮催化劑堿性金屬中毒中毒表征新鮮催化劑模型催化劑抗中毒研究路線中毒元素中和催化劑表面的酸性位中毒模擬分子結(jié)構(gòu)調(diào)控中毒試驗(yàn)研究助劑降低中毒元素與活性位接觸的機(jī)會(huì)?？怪卸究怪卸驹囼?yàn)研究添加改性組分后，抗中毒能力大大增強(qiáng)抗CaO中毒催化添加劑改性研究催化劑添加劑抗CaO中毒★添加抗中毒組分后催化劑抗CaO中毒能力極大提升（350oC下50%提升到80%）。捏合過濾成型模具模塊模塊組裝干燥煅燒切割催化劑成型制備工藝催化劑成型制備工藝優(yōu)化干燥工藝煅燒工藝添加劑的影響蜂窩催化劑微觀形貌壁厚mm孔間距mm孔密度cell/m3幾何表面積m2/m3孔隙率%172040849073.470.96.12687455972.67催化劑基本參數(shù)SCR脫硝催化劑樣品催化劑的EDS譜圖催化劑微觀形貌催化劑FSEM照片催化劑的XRD譜圖催化劑的孔徑分布成型催化劑表