6月13日，“第十一屆中國水泥節能環保技術交流大會——《暨裝備更新論壇》”盛大召開。中國水泥網高級顧問 鄭州同輝設計院教授級高工巴太斌作《水泥廠脫硝技術路線探討及選擇》主題報告。

巴太斌從脫硝的必要性、Nox的研究、脫銷技術探討以及脫銷技術選擇等方面詳細講解了當前國內水泥行業脫硝技術現狀。

脫銷的必要性

從國家政策標準來看，2023年11月15日，生態環境部審議并原則通過《關于推進實施水泥行業超低排放的意見》。會議強調，推進實施水泥行業超低排放，是打好藍天保衛戰的重要舉措。要從源頭上減少污染物排放，推動實現減污降碳協同增效。

2024年1月19號環保部印發了《關于推進實施水泥行業超低排放的意見》。

時間要求：到2025年底前，重點區域取得明顯進展，50%左右的水泥熟料產能完成改造；到2028年底前，重點區域水泥熟料生產企業基本完成改造，全國力爭80%左右水泥熟料產能完成超低排放改造。

指標要求：在基準含氧量10%的條件下，水泥窯及窯尾余熱利用系統煙氣顆粒物、二氧化硫、氮氧化物排放濃度小時均值分別不高于10、35、50mg/Nm3。達到超低排放的水泥企業每月生產時間至少95%以上時段小時均值排放濃度滿足上述要求。

從氮氧化物對環境的危害來看，隨著我國經濟發展和城市化進程的加快，氮氧化物排放量將繼續增長。為此，國家從“十二五”開始到現在把降低氮氧化物的排放作為節能減排的硬性指標。

氮氧化物是以一氧化氮和二氧化氮為主的氮氧化物是形成光化學煙霧和酸雨的一個重要原因，會對人體和環境產生極大危害。

NO為無色無臭氣體，很容易與血液中的血紅素結合，造成血液缺氧引起中樞神經麻痹，潛在各種致癌物質破壞臭氧層，在一定條件下對臭氧層有破壞作用，影響地球的紫外線防護。造成光化學煙霧，會降低大氣能見度，影響環境質量和交通安全。形成酸雨，對土壤、植被、水體等造成危害。

從水泥廠NOx排放量來看，按照NOx排放系數為1.5---1.8kg/t熟料計算，2020年我國水泥工業窯爐排放的NOx大約在200萬噸以上（水泥熟料按13億噸計算），這兩年因為熟料產量的下降，NOx排放量也在下降。水泥行業NOx排放總量占全國總排放量的10%左右，是繼火力發電和鋼鐵之后的第三大排放源，因此，國家環保部門對水泥企業特別關注。

從企業發展來看，目前，水泥廠大氣污染物粉塵及二氧化硫基本上得到了控制，氮氧化物已成為主要廢氣污染源。

政府環保污染治理專項資金，具有時效性，企業要抓住機會。

企業通過技改實現達標排放（超低排放），提升企業整體形象，促進技術升級，增強競爭力。

氮氧化物排放量大、對環境危害大，政策把控力度大，超低排放指標已明確，達到超低排放的技術改造完成時間已經進入倒計時，對企業來說“脫硝技改、達標排放” 是必須要做的，沒有其他選擇。

Nox的研究

針對氮的來源，巴太斌分析，氮氧化物種的氮的來源主要分成三塊——一是原料中氮：來源于礦石沉積的含氮化合物含量較少，生料配料采用工業固廢（如粉煤灰、煤矸石等）會帶入部分氮化合物，原料氮氧化物主要受到配料中硝酸鹽、亞硝酸鹽含量的影響 ，原料氮氧化物不能通過常規的脫硝手段去除；二是燃料中氮：化石燃料形成過程沉積形成的氮化合物，一般在0.5-2.5%；三是助燃空氣中氮：空氣中氮含量78%。

針對氮氧化物的形成，巴太斌表示，氮氧化物分為熱力型NOx、燃料型NOx、快速型NOx。

熱力型NOx（Thermal NOx）：空氣中的N2在高溫下氧化而產生的NOx。產生量主要取決于溫度，低于1500℃幾乎不生成，但溫度超過1500℃將大量生成，其生成量與燃燒溫度、氧氣濃度、高溫區停留時間等有關。主要在窯內產生 ，影響因素有煤粉揮發分 ，生料KH值 ，工藝操作，氧氣濃度， 一氧化碳濃度等。

燃料型NOx（Fuel NOx）：是燃料中的氮的化合物在燃燒過程中熱分解且氧化而生成。主要在分解爐內產生，影響因素有煤粉含氮量，氧氣濃度（空氣過剩系數）等。

快速型NOx（Fenimore NOx）：是空氣中的N2與燃料中的碳氫離子團（CH、CH2等）在反應區附近快速生成的Nox，其生成量較少，一般占總NOx的5%以下。  

NOx主要來自回轉窯、分解爐中的燃料燃燒。未經處理煙氣的NOx主要分布如下：

煙室出口NOx ：熱力型和燃料型 NOx ，濃度約800~ 2600mg/Nm3；

分解爐出口NOx：燃料型NOx，濃度約 800~ 1300mg/Nm3； 

C1出口NOx ：濃度約 800-1200mg/Nm3。

巴太斌探討了煙室Nox與熟料強度的關系。巴太斌指出，窯尾煙室 NOx 的高低能夠反映出窯內煅燒情況的好壞，一般情況煙室 NOx 濃度高，說明窯內煅燒好，反之，窯內煅燒不好，窯內煅燒好熟料強度高，反之，熟料強度低。

窯內溫度高：生成 NOx 量大、熟料產量高、強度高。

窯內溫度低：還原氣氛濃，煙室NOx低，熟料強度低，產量也不高，黃心料多。

有些企業為了控制NOx ，刻意把窯溫燒低，增加還原氣氛，結果是熟料顏色難看，熟料強度下降。

降低熟料質量來減少NOx的生成，實現超低排放的技術路線不可取。

巴太斌介紹了目前脫硝主流技術。據不完全統計，目前有十多種脫硝技術，在不同的條件下，不同的使用場景，各種脫硝技術都在發揮應有的作用，為脫硝技術的進步提供了寶貴的經驗。

1、源頭治理：用工藝方法解決窯內產生的Nox；技術方案包括：低氮燃燒、分級燃燒、管道還原；實施位置： 源頭脫硝主要在煙室到分解爐之間。

低氮燃燒：降低一次風量（8-10%）、增加旋流噴嘴，提高火焰溫度分布均勻性，減少熱力氮生成。

分級燃燒：分級燃燒是把燃料、 三次風和物料分次加入降低氮氧化物的生成并把氮氧化物還原成氮氣的技術。在分解爐的還原性區域內 ，燃料在缺氧的狀態下燃燒還原氮氧化物，然后在富氧的狀態燃燒完全。 控制生料喂料控制分解爐的溫度分布有利于分級燃燒。通過分級燃燒 ，氮氧化物和燃料氮氧化物都得到了還原。

分級燃燒的效果與煤粉特性、分解爐等爐容關系極大，不同生產線的效果大不相同，可以降低初始NOx濃度，減輕SNCR和SCR的壓力。

管道還原技術：管道還原爐布置在窯尾煙室與分解爐之間，進氣口與窯尾煙室連接，出氣口與分解爐底部連接，進入脫硝爐的煤產生的CO與窯內的NOx在脫硝爐內充分反應還原，脫硝后的煙氣進入分解爐。脫硝爐出口的NOx實測值為0，脫硝率為100%！

技術亮點1、進入脫硝爐的物料，在平衡溫度的同時，提前進行預熱分解，延長分解時間，提高了入窯物料分解率，實現了提產、節能、降耗、減排！

技術亮點2、能夠適應高濃度Nox煅燒，煙室出口＞1500mg/Nm3，為回轉窯煅燒創造了有利條件，提高熟料產量和強度。

2、中間治理：SNCR技術；技術方案：傳統SNCR、智能SNCR；實施位置： 中間脫硝主要在五級旋風筒。

選擇性非催化還原（ Selective Non-Catalytic Reduction 以下簡寫為SNCR ）在不使用催化劑的情況下將氮氧化物還原成為無毒的氮氣和水。

技術特點 ：投資較低 ，SNCR脫硝效率在40~60% ，在加大氨水噴量前提下 ，可以實現低于100mg/m3的排放要求 ，但是氨水耗量大 ，氨逃逸高。

精準噴氨SNCR技術這幾年有較大進展，可以達到較低的排放指標，同時也受到了多種條件的限制。

3、末端治理：SCR技術為主；技術方案：高溫高塵SCR、高溫中塵（低塵）SCR、中溫低塵SCR、低溫低塵SCR、濕法LCR；實時位置：末端脫硝主要在C1出口以后

主要是用選擇性催化還原（ Selective Catalytic Reduction ，以下簡寫為SCR ），在催化劑的作用下促進氨氣與氮氧化物反應。

按粉塵分類：進反應器的煙氣粉塵分為高塵、中塵、低塵，與除塵手段相關。

按溫度分類：進反應器的煙氣溫度分為高溫、中溫、低溫，與反應器布置的位置相關，溫度不同要選擇不同的催化劑。

成本：采用SCR系統噸熟料成本增加約4元左右，會給企業帶來競爭壓力。

危廢：催化劑一般使用2-3年需要更換，換下來的催化劑屬于危廢，處理麻煩。

敏感：催化劑對溫度、粉塵、SO2等比較敏感，易造成堵塞、磨損、中毒問題。

巴太斌表示末端治理是被動的選擇。

脫硝技術探討

巴太斌介紹，隨著NOx超低排放技改的逐步升溫，各種脫硝工藝和技術百花齊放，百家爭鳴。通過對多種脫硝技術的分析比較，實踐證明，管道還原技術與現有SNCR配合使用， NOx 排放＜50mg/Nm3，能夠長期穩定滿足超低排放及氨逃逸的要求，是目前比較理想的選擇。

通過研究窯外分解工藝技術，分析窯尾煙氣成分變化，考慮盡量減少還原劑、催化劑的使用和危廢的產生，推出了管道還原法深度脫硝技術，經過多家水泥企業應用，取得了良好效果，實現NOx排放＜50mg/Nm3。

管道還原脫硝技術是利用NOx在管道內還原的機理，從源頭治理，是一種技術創新。

NOx還原原理是將分解爐的用煤分出一部分或全部，噴入管道爐預熱區，使其在管道爐缺氧的工況下形成“厭氧燃燒”，產生的CO與窯尾煙氣中的NOx發生反應，將窯內產生的NOx還原成對環境無害的N2氣體。

脫硝工藝中，脫硝爐是一個單獨的在線爐體，爐內產生的CO與窯內的NOx在脫硝爐內充分反應還原后，再進入分解爐。進入脫硝爐的物料，在平衡溫度的同時，提前進行預熱分解，延長生料預熱分解時間，提高了入窯物料分解率。

脫硝爐布置在窯尾煙室與分解爐之間，脫硝爐的進氣口與窯尾煙室頂部縮口連接，脫硝爐的排氣口與分解爐底部連接。脫硝爐的進氣端開設煤粉入口和物料入口，脫硝爐內喂煤主要是為了產生CO，喂料主要是為了平衡爐內溫度。

管道脫硝技術特點有：實現在線自脫硝；提高熟料產量；降低煤耗、電耗；可使用替代燃料；NOx排放低于50mg/Nm3；同等條件下氨水用量較低，可達到噸熟料1.5—2.5kg；同等條件下不用催化劑，不產生危廢，無新增運營成本。

管道脫硝技術的效益主要分為環保效益、社會效益、經濟效益三個部分。

環保效益：管道脫硝技術符合國家相關政策，實現NOx排放濃度＜50mg/Nm3（10%O2)的先進指標，運行中沒有危廢的產生，能有效改善當地環境質量，使水泥企業能夠成為環境友好型企業，環保效益十分明顯。

社會效益：管道脫硝是利用工藝技術解決生產中產生NOx 的問題，是一種新的技術突破，為水泥企業脫硝提供了新的技術途徑，具有良好的社會效益。

經濟效益：應用管道脫硝技術，提高熟料產量、質量，降低煤耗、電耗，無新增運行成本，經濟效益顯著。與一條5000t/d末端治理技術相比，每年可節約成本約600萬元左右。

脫硝技術選擇

巴太斌介紹，管道爐脫硝技術投入市場受到有關方面的重視。國檢集團組織技術調研小組，于2023年5月對江山、山亞、三明三家公司技改情況進行調研，發現管道爐脫硝技術運行穩定，操作簡易，達到了超低排放指標，與同類技術對比，投資合理，運行成本較低，無催化劑消耗。

杭州山亞水泥5000tpd生產線脫硝技改項目（二期），于2023年11月8日動工,2024年2月14日停窯對接,3月13日投料。該項目投產后，運行穩定，效果良好。C1出口NOx降到50mg/Nm3以下，氨水用量下降了37.5%。

總結

水泥屆的科研工作者和企業家們投入很多精力和財力，研發了多種脫硝技術，形成多項專利成果，為環保事業做出了很大貢獻。

在水泥工藝過程中尋找脫硝辦法，不用外來的還原劑、催化劑，實現達標排放，這是水泥人一直探討的問題。據了解國內外有一些公司在這方面的研究成果已經在多家水泥廠應用，實測數據表明，脫硝爐出口氮氧化物濃度可以降到零！實現深度脫硝，運行成本低，沒有二次污染，可高比例使用替代燃料。目前，由于漏風問題，有少部分含有NOx的氣體沒有進入還原爐，而進入了C5，還有分解爐內燃燒產生的NOx，需要結合現有的SNCR系統，實現NOx ＜50 mg/Nm3排放指標。

巴太斌指出，管道脫硝技術優勢明顯，是一個發展方向，為了實現少氨或無氨脫硝，還需要進一步研究：

1、研究如何減少鎖風閥的漏風，使出煙室含NOx氣體不進入或少進入C5；

2、加強分解爐燃燒機理研究，盡量避免在分解爐中產生熱力型氮氧化物；

3、優化操作，探討將尾煤全部喂入脫氮爐，避免或減少分解爐燃料型氮氧化物產生。