SNCR脫硝技術在新疆水泥窯爐的應用探索

包文忠+王魯巖+劉文山+唐新宇+程兆環

摘 要：本文簡要介紹了葉城天山水泥有限公司1×4500t/d水泥窯爐采用SNCR煙氣脫硝工程，通過調試及試運行，針對相關情況進行了介紹。

關鍵詞：水泥窯爐；SNCR；脫硝

1 項目背景介紹

改革開放以來，我國水泥年產量由1978年的6524萬噸提高到2012年的221000萬噸，獲得了飛速的發展。但是，水泥工業也是資源型高能耗產業，伴隨著水泥工業的發展，水泥行業氮氧化物的排放量占到全國工業排放總量的8-10%。2013年9月國務院頒發了《大氣污染防治行動計劃》，環保部與相關單位于2013年12月27日聯合發布了新修訂的《水泥工業大氣污染物排放標準》（GB 4915-2013）。目前水泥廠煙氣氮氧化物限值由800mg/m3下調到400～320mg/m3，我國各省都在大力推進水泥窯爐脫硝技術改造工作。而我國從2011年起，陸續開始有水泥生產線脫硝的工程報道，也有研究者提出相應的水泥窯脫硝技術方案等。

為響應新疆自治區環保廳“十二五”期間污染物減排工作，中材國際環境工程（北京）有限公司與葉城天山水泥有限責任公司簽訂了1*4500t/d 水泥窯爐SNCR脫硝總承包合同。本項目技術依托于中材國際環境工程（北京）有限公司承擔的國家科技支撐計劃專項《水泥窯爐NOx高溫低成本還原材料與技術示范應用》。工程于2013年2月招標，2013年8月正式考核完畢。系統連續穩定運行，性能達到設計指標。

2 設計指標

葉城天山水泥有限責任公司主要參數如下。

表1 生熟料及煤粉分析

LOSS SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 Σ

生料 35.43 13.08 2.98 2.39 43.26 0.90 0.55 98.59

熟料 0.50 29.53 4.78 3.82 65.30 1.63 0.65 98.21

Mar Mad Aad Vad Fcad Qnet

煤粉 3.20 0.20 20.80 28.40 50.60 5955

表2 主要設計參數

序號 參數名稱 單位 數量 備注

1 生產規模 t/d 4500 正常運行產能5000t/d

2 實際出力 t/d 5000 最大運行產能5500t/d

3 煙囪脫硝前NOx濃度 mg/m3 900 10%O2，干基（平均值）

4 煙囪脫硝后NOx目標濃度 mg/m3 360 10%O2，干基（平均值）

5 氨逃逸濃度 mg/m3 <8 10%O2，干基

6 車間界氨逃逸濃度 mg/m3 <8 10%O2，干基

7 氨水濃度 % 15-25

8 煙氣量（煙囪） Nm3/h（標況） 468000 現場實測數據

9 煙氣量（煙囪 m3/h（工況） 717000 現場實測數據

10 煙氣氧量 % 9.8 現場實測數據

11 煙氣溫度 ℃ 110

3 脫硝系統簡介

3.1 方案確定

新型干法水泥窯可以選擇的降低氮氧化物排放的技術主要有：選擇性非催化還原技術、低氮燃燒技術、催化還原技術、協同處置廢棄物降低氮氧化物、工藝調整等。根據葉城天山水泥有限公司的可觀條件和各種技術的成熟度，最終采用選擇性非催化還原技術（SNCR）作為葉城天山水泥脫硝的技術方案。

3.2 SNCR脫硝原理

本工程采用外購15-25%（wt）的氨水溶液作為還原劑。利用氨水在不需要催化劑的情況下有選擇性地與煙氣中的氮氧化物（NOx）發生化學反應，生成氮氣和水的方法。所發生的可能化學反應如下：

4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O

4NH3+2NO+2O2→3N2+6H2O

8NH3+6NO2→7N2+12H2O

2NH3+3O2→N2+3H2O

4NH3+5O2→4NO+6H2O

3.3 SNCR脫硝工藝流程

圖1

3.4 葉城天山脫硝項目的特殊因素

葉城天山水泥位于新疆維吾爾自治區喀什市葉城縣，海拔高度近2000米，且處在民族地區，其中維吾爾族占93%、漢族占6%、其它少數民族占1%。因此，給水泥脫硝帶了新的影響：第一，由于海拔高度提高，外界大氣壓力變化，因此對噴槍的霧化效果可能有影響；低溫，由于本身處在民族地區，因此對氨氣逃逸和氨氣的無組織排放也提出了很高的要求。

4 實際運行情況

4.1 調試及運行情況

表3

序號 氨水流量 氮氧化物濃度 脫硝效率

m3/h mg/m3 %

1 0.3 300 40

2 0.4 260 48

3 0.5 180 64

4 0.6 130 70

圖2

本工程于2013年9月15日進行脫硝熱態調試，水泥窯爐負荷穩定，平均日產水泥量4500t/d，分解爐出口的煙氣溫度為880℃～920℃，基本在最佳脫硝反應溫度窗口，分解爐出口煙氣中NO2濃度（干態、10%O2）為500mg/m3，氧氣含量約12%，且數據比較穩定，調試期間其它運行數據參見表3和圖2。

調試運行期間，因負荷較高，運行連續穩定，調試工作較為順利，達到了設計上脫硝效率大于60%的要求。

4.2 氨逃逸情況

在水泥窯SNCR設備正常運行過程中，中材國際環境工程（北京）有限公司利用Z800XP氨逃逸分析儀對水泥廠尾排煙囪中的氨氣逃逸濃度進行分析，其濃度小于2ppm，達到國家惡臭污染物排放標準和水泥廠大氣污染物排放標準。

針對現場的氨氣的無組織排放情況，進行相應的分析。認為現場管道管件密封良好，主要的無組織排放是氨水儲罐的排氣孔。為此，中材國際環境工程（北京）有限公司特地專門設計了氨氣水封裝置，保證在氨水儲罐在正壓（溫度升高，氨水揮發）或負壓（泵從氨水儲罐抽出氨水，導致氨水儲罐內部負壓）時，儲罐內部氣體與大氣不聯通，且揮發出來的氨氣被水吸收后，重新回到儲罐，沒有浪費。從而徹底的解決了水泥窯脫硝的氨氣無組織排放問題。

4.3 存在的問題和討論

4.3.1 中材國際環境工程（北京）有限公司和葉城天山原計劃擬安裝在線氨氣逃逸裝置，但是根據中材國際環境工程（北京）有限公司在早期類似項目的經驗，幾個進口品牌的在線氨氣逃逸檢測儀在水泥廠煙囪的應用效果非常不穩定，其原因可能是因溫度較低，氨非常容易冷凝，導致數據波動大，因此尚需開發更加可靠的適用于水泥窯的在線氨逃逸檢測設備。

4.3.2 脫硝效果并沒有因外界大氣壓力的變動而受到顯著影響，因此在現有SNCR工藝設備適應在高海拔地區應用。

4.3.3 脫硝裝置運行成本還需對系統進行長期運行數據積累進行測算，驗證水泥爐窯采用SNCR技術真實成本。

參考文獻

[1] 沈序輝.水泥工業適用的脫硝技術[J].中國水泥，2013，5.

[2] 唐新宇.水泥窯降低氮氧化物技術研發和工程實踐[J].中國水泥， 2012，6.

[3] 李春雨.我國玻璃、水泥爐窯脫硝技術及應用現狀研究[J].環境工程，2014，4.

[4] 周榮等.水泥窯爐SNCR煙氣脫硝技術的工程應用分析[J].水泥， 2013，1.

[5] 宋宏昌.水泥窯脫硝技術及其比對淺析[J].水泥工程，2013，2.

[6] 劉小娟等.SNCR技術在水泥企業脫硝減排的實效監測[J].科技風， 2013，22.

基金項目：水泥窯爐NOx高溫低成本還原材料與技術示范應用（2011BAE29B03）資助。

作者簡介：包文忠（1966- ），男，高級工程師，碩士，研究方向：水泥工藝、水泥工業環保。

摘 要：本文簡要介紹了葉城天山水泥有限公司1×4500t/d水泥窯爐采用SNCR煙氣脫硝工程，通過調試及試運行，針對相關情況進行了介紹。

關鍵詞：水泥窯爐；SNCR；脫硝

1 項目背景介紹

改革開放以來，我國水泥年產量由1978年的6524萬噸提高到2012年的221000萬噸，獲得了飛速的發展。但是，水泥工業也是資源型高能耗產業，伴隨著水泥工業的發展，水泥行業氮氧化物的排放量占到全國工業排放總量的8-10%。2013年9月國務院頒發了《大氣污染防治行動計劃》，環保部與相關單位于2013年12月27日聯合發布了新修訂的《水泥工業大氣污染物排放標準》（GB 4915-2013）。目前水泥廠煙氣氮氧化物限值由800mg/m3下調到400～320mg/m3，我國各省都在大力推進水泥窯爐脫硝技術改造工作。而我國從2011年起，陸續開始有水泥生產線脫硝的工程報道，也有研究者提出相應的水泥窯脫硝技術方案等。

為響應新疆自治區環保廳“十二五”期間污染物減排工作，中材國際環境工程（北京）有限公司與葉城天山水泥有限責任公司簽訂了1*4500t/d 水泥窯爐SNCR脫硝總承包合同。本項目技術依托于中材國際環境工程（北京）有限公司承擔的國家科技支撐計劃專項《水泥窯爐NOx高溫低成本還原材料與技術示范應用》。工程于2013年2月招標，2013年8月正式考核完畢。系統連續穩定運行，性能達到設計指標。

2 設計指標

葉城天山水泥有限責任公司主要參數如下。

表1 生熟料及煤粉分析

LOSS SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 Σ

生料 35.43 13.08 2.98 2.39 43.26 0.90 0.55 98.59

熟料 0.50 29.53 4.78 3.82 65.30 1.63 0.65 98.21

Mar Mad Aad Vad Fcad Qnet

煤粉 3.20 0.20 20.80 28.40 50.60 5955

表2 主要設計參數

序號 參數名稱 單位 數量 備注

1 生產規模 t/d 4500 正常運行產能5000t/d

2 實際出力 t/d 5000 最大運行產能5500t/d

3 煙囪脫硝前NOx濃度 mg/m3 900 10%O2，干基（平均值）

4 煙囪脫硝后NOx目標濃度 mg/m3 360 10%O2，干基（平均值）

5 氨逃逸濃度 mg/m3 <8 10%O2，干基

6 車間界氨逃逸濃度 mg/m3 <8 10%O2，干基

7 氨水濃度 % 15-25

8 煙氣量（煙囪） Nm3/h（標況） 468000 現場實測數據

9 煙氣量（煙囪 m3/h（工況） 717000 現場實測數據

10 煙氣氧量 % 9.8 現場實測數據

11 煙氣溫度 ℃ 110

3 脫硝系統簡介

3.1 方案確定

新型干法水泥窯可以選擇的降低氮氧化物排放的技術主要有：選擇性非催化還原技術、低氮燃燒技術、催化還原技術、協同處置廢棄物降低氮氧化物、工藝調整等。根據葉城天山水泥有限公司的可觀條件和各種技術的成熟度，最終采用選擇性非催化還原技術（SNCR）作為葉城天山水泥脫硝的技術方案。

3.2 SNCR脫硝原理

本工程采用外購15-25%（wt）的氨水溶液作為還原劑。利用氨水在不需要催化劑的情況下有選擇性地與煙氣中的氮氧化物（NOx）發生化學反應，生成氮氣和水的方法。所發生的可能化學反應如下：

4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O

4NH3+2NO+2O2→3N2+6H2O

8NH3+6NO2→7N2+12H2O

2NH3+3O2→N2+3H2O

4NH3+5O2→4NO+6H2O

3.3 SNCR脫硝工藝流程

圖1

3.4 葉城天山脫硝項目的特殊因素

葉城天山水泥位于新疆維吾爾自治區喀什市葉城縣，海拔高度近2000米，且處在民族地區，其中維吾爾族占93%、漢族占6%、其它少數民族占1%。因此，給水泥脫硝帶了新的影響：第一，由于海拔高度提高，外界大氣壓力變化，因此對噴槍的霧化效果可能有影響；低溫，由于本身處在民族地區，因此對氨氣逃逸和氨氣的無組織排放也提出了很高的要求。

4 實際運行情況

4.1 調試及運行情況

表3

序號 氨水流量 氮氧化物濃度 脫硝效率

m3/h mg/m3 %

1 0.3 300 40

2 0.4 260 48

3 0.5 180 64

4 0.6 130 70

圖2

本工程于2013年9月15日進行脫硝熱態調試，水泥窯爐負荷穩定，平均日產水泥量4500t/d，分解爐出口的煙氣溫度為880℃～920℃，基本在最佳脫硝反應溫度窗口，分解爐出口煙氣中NO2濃度（干態、10%O2）為500mg/m3，氧氣含量約12%，且數據比較穩定，調試期間其它運行數據參見表3和圖2。

調試運行期間，因負荷較高，運行連續穩定，調試工作較為順利，達到了設計上脫硝效率大于60%的要求。

4.2 氨逃逸情況

在水泥窯SNCR設備正常運行過程中，中材國際環境工程（北京）有限公司利用Z800XP氨逃逸分析儀對水泥廠尾排煙囪中的氨氣逃逸濃度進行分析，其濃度小于2ppm，達到國家惡臭污染物排放標準和水泥廠大氣污染物排放標準。

針對現場的氨氣的無組織排放情況，進行相應的分析。認為現場管道管件密封良好，主要的無組織排放是氨水儲罐的排氣孔。為此，中材國際環境工程（北京）有限公司特地專門設計了氨氣水封裝置，保證在氨水儲罐在正壓（溫度升高，氨水揮發）或負壓（泵從氨水儲罐抽出氨水，導致氨水儲罐內部負壓）時，儲罐內部氣體與大氣不聯通，且揮發出來的氨氣被水吸收后，重新回到儲罐，沒有浪費。從而徹底的解決了水泥窯脫硝的氨氣無組織排放問題。

4.3 存在的問題和討論

4.3.1 中材國際環境工程（北京）有限公司和葉城天山原計劃擬安裝在線氨氣逃逸裝置，但是根據中材國際環境工程（北京）有限公司在早期類似項目的經驗，幾個進口品牌的在線氨氣逃逸檢測儀在水泥廠煙囪的應用效果非常不穩定，其原因可能是因溫度較低，氨非常容易冷凝，導致數據波動大，因此尚需開發更加可靠的適用于水泥窯的在線氨逃逸檢測設備。

4.3.2 脫硝效果并沒有因外界大氣壓力的變動而受到顯著影響，因此在現有SNCR工藝設備適應在高海拔地區應用。

4.3.3 脫硝裝置運行成本還需對系統進行長期運行數據積累進行測算，驗證水泥爐窯采用SNCR技術真實成本。

參考文獻

[1] 沈序輝.水泥工業適用的脫硝技術[J].中國水泥，2013，5.

[2] 唐新宇.水泥窯降低氮氧化物技術研發和工程實踐[J].中國水泥， 2012，6.

[3] 李春雨.我國玻璃、水泥爐窯脫硝技術及應用現狀研究[J].環境工程，2014，4.

[4] 周榮等.水泥窯爐SNCR煙氣脫硝技術的工程應用分析[J].水泥， 2013，1.

[5] 宋宏昌.水泥窯脫硝技術及其比對淺析[J].水泥工程，2013，2.

[6] 劉小娟等.SNCR技術在水泥企業脫硝減排的實效監測[J].科技風， 2013，22.

基金項目：水泥窯爐NOx高溫低成本還原材料與技術示范應用（2011BAE29B03）資助。

作者簡介：包文忠（1966- ），男，高級工程師，碩士，研究方向：水泥工藝、水泥工業環保。

摘 要：本文簡要介紹了葉城天山水泥有限公司1×4500t/d水泥窯爐采用SNCR煙氣脫硝工程，通過調試及試運行，針對相關情況進行了介紹。

關鍵詞：水泥窯爐；SNCR；脫硝

1 項目背景介紹

改革開放以來，我國水泥年產量由1978年的6524萬噸提高到2012年的221000萬噸，獲得了飛速的發展。但是，水泥工業也是資源型高能耗產業，伴隨著水泥工業的發展，水泥行業氮氧化物的排放量占到全國工業排放總量的8-10%。2013年9月國務院頒發了《大氣污染防治行動計劃》，環保部與相關單位于2013年12月27日聯合發布了新修訂的《水泥工業大氣污染物排放標準》（GB 4915-2013）。目前水泥廠煙氣氮氧化物限值由800mg/m3下調到400～320mg/m3，我國各省都在大力推進水泥窯爐脫硝技術改造工作。而我國從2011年起，陸續開始有水泥生產線脫硝的工程報道，也有研究者提出相應的水泥窯脫硝技術方案等。

為響應新疆自治區環保廳“十二五”期間污染物減排工作，中材國際環境工程（北京）有限公司與葉城天山水泥有限責任公司簽訂了1*4500t/d 水泥窯爐SNCR脫硝總承包合同。本項目技術依托于中材國際環境工程（北京）有限公司承擔的國家科技支撐計劃專項《水泥窯爐NOx高溫低成本還原材料與技術示范應用》。工程于2013年2月招標，2013年8月正式考核完畢。系統連續穩定運行，性能達到設計指標。

2 設計指標

葉城天山水泥有限責任公司主要參數如下。

表1 生熟料及煤粉分析

LOSS SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 Σ

生料 35.43 13.08 2.98 2.39 43.26 0.90 0.55 98.59

熟料 0.50 29.53 4.78 3.82 65.30 1.63 0.65 98.21

Mar Mad Aad Vad Fcad Qnet

煤粉 3.20 0.20 20.80 28.40 50.60 5955

表2 主要設計參數

序號 參數名稱 單位 數量 備注

1 生產規模 t/d 4500 正常運行產能5000t/d

2 實際出力 t/d 5000 最大運行產能5500t/d

3 煙囪脫硝前NOx濃度 mg/m3 900 10%O2，干基（平均值）

4 煙囪脫硝后NOx目標濃度 mg/m3 360 10%O2，干基（平均值）

5 氨逃逸濃度 mg/m3 <8 10%O2，干基

6 車間界氨逃逸濃度 mg/m3 <8 10%O2，干基

7 氨水濃度 % 15-25

8 煙氣量（煙囪） Nm3/h（標況） 468000 現場實測數據

9 煙氣量（煙囪 m3/h（工況） 717000 現場實測數據

10 煙氣氧量 % 9.8 現場實測數據

11 煙氣溫度 ℃ 110

3 脫硝系統簡介

3.1 方案確定

新型干法水泥窯可以選擇的降低氮氧化物排放的技術主要有：選擇性非催化還原技術、低氮燃燒技術、催化還原技術、協同處置廢棄物降低氮氧化物、工藝調整等。根據葉城天山水泥有限公司的可觀條件和各種技術的成熟度，最終采用選擇性非催化還原技術（SNCR）作為葉城天山水泥脫硝的技術方案。

3.2 SNCR脫硝原理

本工程采用外購15-25%（wt）的氨水溶液作為還原劑。利用氨水在不需要催化劑的情況下有選擇性地與煙氣中的氮氧化物（NOx）發生化學反應，生成氮氣和水的方法。所發生的可能化學反應如下：

4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O

4NH3+2NO+2O2→3N2+6H2O

8NH3+6NO2→7N2+12H2O

2NH3+3O2→N2+3H2O

4NH3+5O2→4NO+6H2O

3.3 SNCR脫硝工藝流程

圖1

3.4 葉城天山脫硝項目的特殊因素

葉城天山水泥位于新疆維吾爾自治區喀什市葉城縣，海拔高度近2000米，且處在民族地區，其中維吾爾族占93%、漢族占6%、其它少數民族占1%。因此，給水泥脫硝帶了新的影響：第一，由于海拔高度提高，外界大氣壓力變化，因此對噴槍的霧化效果可能有影響；低溫，由于本身處在民族地區，因此對氨氣逃逸和氨氣的無組織排放也提出了很高的要求。

4 實際運行情況

4.1 調試及運行情況

表3

序號 氨水流量 氮氧化物濃度 脫硝效率

m3/h mg/m3 %

1 0.3 300 40

2 0.4 260 48

3 0.5 180 64

4 0.6 130 70

圖2

本工程于2013年9月15日進行脫硝熱態調試，水泥窯爐負荷穩定，平均日產水泥量4500t/d，分解爐出口的煙氣溫度為880℃～920℃，基本在最佳脫硝反應溫度窗口，分解爐出口煙氣中NO2濃度（干態、10%O2）為500mg/m3，氧氣含量約12%，且數據比較穩定，調試期間其它運行數據參見表3和圖2。

調試運行期間，因負荷較高，運行連續穩定，調試工作較為順利，達到了設計上脫硝效率大于60%的要求。

4.2 氨逃逸情況

在水泥窯SNCR設備正常運行過程中，中材國際環境工程（北京）有限公司利用Z800XP氨逃逸分析儀對水泥廠尾排煙囪中的氨氣逃逸濃度進行分析，其濃度小于2ppm，達到國家惡臭污染物排放標準和水泥廠大氣污染物排放標準。

針對現場的氨氣的無組織排放情況，進行相應的分析。認為現場管道管件密封良好，主要的無組織排放是氨水儲罐的排氣孔。為此，中材國際環境工程（北京）有限公司特地專門設計了氨氣水封裝置，保證在氨水儲罐在正壓（溫度升高，氨水揮發）或負壓（泵從氨水儲罐抽出氨水，導致氨水儲罐內部負壓）時，儲罐內部氣體與大氣不聯通，且揮發出來的氨氣被水吸收后，重新回到儲罐，沒有浪費。從而徹底的解決了水泥窯脫硝的氨氣無組織排放問題。

4.3 存在的問題和討論

4.3.1 中材國際環境工程（北京）有限公司和葉城天山原計劃擬安裝在線氨氣逃逸裝置，但是根據中材國際環境工程（北京）有限公司在早期類似項目的經驗，幾個進口品牌的在線氨氣逃逸檢測儀在水泥廠煙囪的應用效果非常不穩定，其原因可能是因溫度較低，氨非常容易冷凝，導致數據波動大，因此尚需開發更加可靠的適用于水泥窯的在線氨逃逸檢測設備。

4.3.2 脫硝效果并沒有因外界大氣壓力的變動而受到顯著影響，因此在現有SNCR工藝設備適應在高海拔地區應用。

4.3.3 脫硝裝置運行成本還需對系統進行長期運行數據積累進行測算，驗證水泥爐窯采用SNCR技術真實成本。

參考文獻

[1] 沈序輝.水泥工業適用的脫硝技術[J].中國水泥，2013，5.

[2] 唐新宇.水泥窯降低氮氧化物技術研發和工程實踐[J].中國水泥， 2012，6.

[3] 李春雨.我國玻璃、水泥爐窯脫硝技術及應用現狀研究[J].環境工程，2014，4.

[4] 周榮等.水泥窯爐SNCR煙氣脫硝技術的工程應用分析[J].水泥， 2013，1.

[5] 宋宏昌.水泥窯脫硝技術及其比對淺析[J].水泥工程，2013，2.

[6] 劉小娟等.SNCR技術在水泥企業脫硝減排的實效監測[J].科技風， 2013，22.

基金項目：水泥窯爐NOx高溫低成本還原材料與技術示范應用（2011BAE29B03）資助。

作者簡介：包文忠（1966- ），男，高級工程師，碩士，研究方向：水泥工藝、水泥工業環保。