SNCR脱硝技术在新疆水泥窑炉的应用探索

包文忠+王鲁岩+刘文山+唐新宇+程兆环

摘 要：本文简要介绍了叶城天山水泥有限公司1×4500t/d水泥窑炉采用SNCR烟气脱硝工程，通过调试及试运行，针对相关情况进行了介绍。

关键词：水泥窑炉；SNCR；脱硝

1 项目背景介绍

改革开放以来，我国水泥年产量由1978年的6524万吨提高到2012年的221000万吨，获得了飞速的发展。但是，水泥工业也是资源型高能耗产业，伴随着水泥工业的发展，水泥行业氮氧化物的排放量占到全国工业排放总量的8-10%。2013年9月国务院颁发了《大气污染防治行动计划》，环保部与相关单位于2013年12月27日联合发布了新修订的《水泥工业大气污染物排放标准》（GB 4915-2013）。目前水泥厂烟气氮氧化物限值由800mg/m3下调到400～320mg/m3，我国各省都在大力推进水泥窑炉脱硝技术改造工作。而我国从2011年起，陆续开始有水泥生产线脱硝的工程报道，也有研究者提出相应的水泥窑脱硝技术方案等。

为响应新疆自治区环保厅“十二五”期间污染物减排工作，中材国际环境工程（北京）有限公司与叶城天山水泥有限责任公司签订了1*4500t/d 水泥窑炉SNCR脱硝总承包合同。本项目技术依托于中材国际环境工程（北京）有限公司承担的国家科技支撑计划专项《水泥窑炉NOx高温低成本还原材料与技术示范应用》。工程于2013年2月招标，2013年8月正式考核完毕。系统连续稳定运行，性能达到设计指标。

2 设计指标

叶城天山水泥有限责任公司主要参数如下。

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 主要设计参数

序号 参数名称 单位 数量 备注

1 生产规模 t/d 4500 正常运行产能5000t/d

2 实际出力 t/d 5000 最大运行产能5500t/d

3 烟囱脱硝前NOx浓度 mg/m3 900 10%O2，干基（平均值）

4 烟囱脱硝后NOx目标浓度 mg/m3 360 10%O2，干基（平均值）

5 氨逃逸浓度 mg/m3 <8 10%O2，干基

6 车间界氨逃逸浓度 mg/m3 <8 10%O2，干基

7 氨水浓度 % 15-25

8 烟气量（烟囱） Nm3/h（标况） 468000 现场实测数据

9 烟气量（烟囱 m3/h（工况） 717000 现场实测数据

10 烟气氧量 % 9.8 现场实测数据

11 烟气温度 ℃ 110

3 脱硝系统简介

3.1 方案确定

新型干法水泥窑可以选择的降低氮氧化物排放的技术主要有：选择性非催化还原技术、低氮燃烧技术、催化还原技术、协同处置废弃物降低氮氧化物、工艺调整等。根据叶城天山水泥有限公司的可观条件和各种技术的成熟度，最终采用选择性非催化还原技术（SNCR）作为叶城天山水泥脱硝的技术方案。

3.2 SNCR脱硝原理

本工程采用外购15-25%（wt）的氨水溶液作为还原剂。利用氨水在不需要催化剂的情况下有选择性地与烟气中的氮氧化物（NOx）发生化学反应，生成氮气和水的方法。所发生的可能化学反应如下：

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脱硝工艺流程

图1

3.4 叶城天山脱硝项目的特殊因素

叶城天山水泥位于新疆维吾尔自治区喀什市叶城县，海拔高度近2000米，且处在民族地区，其中维吾尔族占93%、汉族占6%、其它少数民族占1%。因此，给水泥脱硝带了新的影响：第一，由于海拔高度提高，外界大气压力变化，因此对喷枪的雾化效果可能有影响；低温，由于本身处在民族地区，因此对氨气逃逸和氨气的无组织排放也提出了很高的要求。

4 实际运行情况

4.1 调试及运行情况

表3

序号 氨水流量 氮氧化物浓度 脱硝效率

m3/h mg/m3 %

1 0.3 300 40

2 0.4 260 48

3 0.5 180 64

4 0.6 130 70

图2

本工程于2013年9月15日进行脱硝热态调试，水泥窑炉负荷稳定，平均日产水泥量4500t/d，分解炉出口的烟气温度为880℃～920℃，基本在最佳脱硝反应温度窗口，分解炉出口烟气中NO2浓度（干态、10%O2）为500mg/m3，氧气含量约12%，且数据比较稳定，调试期间其它运行数据参见表3和图2。

调试运行期间，因负荷较高，运行连续稳定，调试工作较为顺利，达到了设计上脱硝效率大于60%的要求。

4.2 氨逃逸情况

在水泥窑SNCR设备正常运行过程中，中材国际环境工程（北京）有限公司利用Z800XP氨逃逸分析仪对水泥厂尾排烟囱中的氨气逃逸浓度进行分析，其浓度小于2ppm，达到国家恶臭污染物排放标准和水泥厂大气污染物排放标准。

针对现场的氨气的无组织排放情况，进行相应的分析。认为现场管道管件密封良好，主要的无组织排放是氨水储罐的排气孔。为此，中材国际环境工程（北京）有限公司特地专门设计了氨气水封装置，保证在氨水储罐在正压（温度升高，氨水挥发）或负压（泵从氨水储罐抽出氨水，导致氨水储罐内部负压）时，储罐内部气体与大气不联通，且挥发出来的氨气被水吸收后，重新回到储罐，没有浪费。从而彻底的解决了水泥窑脱硝的氨气无组织排放问题。

4.3 存在的问题和讨论

4.3.1 中材国际环境工程（北京）有限公司和叶城天山原计划拟安装在线氨气逃逸装置，但是根据中材国际环境工程（北京）有限公司在早期类似项目的经验，几个进口品牌的在线氨气逃逸检测仪在水泥厂烟囱的应用效果非常不稳定，其原因可能是因温度较低，氨非常容易冷凝，导致数据波动大，因此尚需开发更加可靠的适用于水泥窑的在线氨逃逸检测设备。

4.3.2 脱硝效果并没有因外界大气压力的变动而受到显著影响，因此在现有SNCR工艺设备适应在高海拔地区应用。

4.3.3 脱硝装置运行成本还需对系统进行长期运行数据积累进行测算，验证水泥炉窑采用SNCR技术真实成本。

参考文献

[1] 沈序辉.水泥工业适用的脱硝技术[J].中国水泥，2013，5.

[2] 唐新宇.水泥窑降低氮氧化物技术研发和工程实践[J].中国水泥， 2012，6.

[3] 李春雨.我国玻璃、水泥炉窑脱硝技术及应用现状研究[J].环境工程，2014，4.

[4] 周荣等.水泥窑炉SNCR烟气脱硝技术的工程应用分析[J].水泥， 2013，1.

[5] 宋宏昌.水泥窑脱硝技术及其比对浅析[J].水泥工程，2013，2.

[6] 刘小娟等.SNCR技术在水泥企业脱硝减排的实效监测[J].科技风， 2013，22.

基金项目：水泥窑炉NOx高温低成本还原材料与技术示范应用（2011BAE29B03）资助。

作者简介：包文忠（1966- ），男，高级工程师，硕士，研究方向：水泥工艺、水泥工业环保。

摘 要：本文简要介绍了叶城天山水泥有限公司1×4500t/d水泥窑炉采用SNCR烟气脱硝工程，通过调试及试运行，针对相关情况进行了介绍。

关键词：水泥窑炉；SNCR；脱硝

1 项目背景介绍

改革开放以来，我国水泥年产量由1978年的6524万吨提高到2012年的221000万吨，获得了飞速的发展。但是，水泥工业也是资源型高能耗产业，伴随着水泥工业的发展，水泥行业氮氧化物的排放量占到全国工业排放总量的8-10%。2013年9月国务院颁发了《大气污染防治行动计划》，环保部与相关单位于2013年12月27日联合发布了新修订的《水泥工业大气污染物排放标准》（GB 4915-2013）。目前水泥厂烟气氮氧化物限值由800mg/m3下调到400～320mg/m3，我国各省都在大力推进水泥窑炉脱硝技术改造工作。而我国从2011年起，陆续开始有水泥生产线脱硝的工程报道，也有研究者提出相应的水泥窑脱硝技术方案等。

为响应新疆自治区环保厅“十二五”期间污染物减排工作，中材国际环境工程（北京）有限公司与叶城天山水泥有限责任公司签订了1*4500t/d 水泥窑炉SNCR脱硝总承包合同。本项目技术依托于中材国际环境工程（北京）有限公司承担的国家科技支撑计划专项《水泥窑炉NOx高温低成本还原材料与技术示范应用》。工程于2013年2月招标，2013年8月正式考核完毕。系统连续稳定运行，性能达到设计指标。

2 设计指标

叶城天山水泥有限责任公司主要参数如下。

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 主要设计参数

序号 参数名称 单位 数量 备注

1 生产规模 t/d 4500 正常运行产能5000t/d

2 实际出力 t/d 5000 最大运行产能5500t/d

3 烟囱脱硝前NOx浓度 mg/m3 900 10%O2，干基（平均值）

4 烟囱脱硝后NOx目标浓度 mg/m3 360 10%O2，干基（平均值）

5 氨逃逸浓度 mg/m3 <8 10%O2，干基

6 车间界氨逃逸浓度 mg/m3 <8 10%O2，干基

7 氨水浓度 % 15-25

8 烟气量（烟囱） Nm3/h（标况） 468000 现场实测数据

9 烟气量（烟囱 m3/h（工况） 717000 现场实测数据

10 烟气氧量 % 9.8 现场实测数据

11 烟气温度 ℃ 110

3 脱硝系统简介

3.1 方案确定

新型干法水泥窑可以选择的降低氮氧化物排放的技术主要有：选择性非催化还原技术、低氮燃烧技术、催化还原技术、协同处置废弃物降低氮氧化物、工艺调整等。根据叶城天山水泥有限公司的可观条件和各种技术的成熟度，最终采用选择性非催化还原技术（SNCR）作为叶城天山水泥脱硝的技术方案。

3.2 SNCR脱硝原理

本工程采用外购15-25%（wt）的氨水溶液作为还原剂。利用氨水在不需要催化剂的情况下有选择性地与烟气中的氮氧化物（NOx）发生化学反应，生成氮气和水的方法。所发生的可能化学反应如下：

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脱硝工艺流程

图1

3.4 叶城天山脱硝项目的特殊因素

叶城天山水泥位于新疆维吾尔自治区喀什市叶城县，海拔高度近2000米，且处在民族地区，其中维吾尔族占93%、汉族占6%、其它少数民族占1%。因此，给水泥脱硝带了新的影响：第一，由于海拔高度提高，外界大气压力变化，因此对喷枪的雾化效果可能有影响；低温，由于本身处在民族地区，因此对氨气逃逸和氨气的无组织排放也提出了很高的要求。

4 实际运行情况

4.1 调试及运行情况

表3

序号 氨水流量 氮氧化物浓度 脱硝效率

m3/h mg/m3 %

1 0.3 300 40

2 0.4 260 48

3 0.5 180 64

4 0.6 130 70

图2

本工程于2013年9月15日进行脱硝热态调试，水泥窑炉负荷稳定，平均日产水泥量4500t/d，分解炉出口的烟气温度为880℃～920℃，基本在最佳脱硝反应温度窗口，分解炉出口烟气中NO2浓度（干态、10%O2）为500mg/m3，氧气含量约12%，且数据比较稳定，调试期间其它运行数据参见表3和图2。

调试运行期间，因负荷较高，运行连续稳定，调试工作较为顺利，达到了设计上脱硝效率大于60%的要求。

4.2 氨逃逸情况

在水泥窑SNCR设备正常运行过程中，中材国际环境工程（北京）有限公司利用Z800XP氨逃逸分析仪对水泥厂尾排烟囱中的氨气逃逸浓度进行分析，其浓度小于2ppm，达到国家恶臭污染物排放标准和水泥厂大气污染物排放标准。

针对现场的氨气的无组织排放情况，进行相应的分析。认为现场管道管件密封良好，主要的无组织排放是氨水储罐的排气孔。为此，中材国际环境工程（北京）有限公司特地专门设计了氨气水封装置，保证在氨水储罐在正压（温度升高，氨水挥发）或负压（泵从氨水储罐抽出氨水，导致氨水储罐内部负压）时，储罐内部气体与大气不联通，且挥发出来的氨气被水吸收后，重新回到储罐，没有浪费。从而彻底的解决了水泥窑脱硝的氨气无组织排放问题。

4.3 存在的问题和讨论

4.3.1 中材国际环境工程（北京）有限公司和叶城天山原计划拟安装在线氨气逃逸装置，但是根据中材国际环境工程（北京）有限公司在早期类似项目的经验，几个进口品牌的在线氨气逃逸检测仪在水泥厂烟囱的应用效果非常不稳定，其原因可能是因温度较低，氨非常容易冷凝，导致数据波动大，因此尚需开发更加可靠的适用于水泥窑的在线氨逃逸检测设备。

4.3.2 脱硝效果并没有因外界大气压力的变动而受到显著影响，因此在现有SNCR工艺设备适应在高海拔地区应用。

4.3.3 脱硝装置运行成本还需对系统进行长期运行数据积累进行测算，验证水泥炉窑采用SNCR技术真实成本。

参考文献

[1] 沈序辉.水泥工业适用的脱硝技术[J].中国水泥，2013，5.

[2] 唐新宇.水泥窑降低氮氧化物技术研发和工程实践[J].中国水泥， 2012，6.

[3] 李春雨.我国玻璃、水泥炉窑脱硝技术及应用现状研究[J].环境工程，2014，4.

[4] 周荣等.水泥窑炉SNCR烟气脱硝技术的工程应用分析[J].水泥， 2013，1.

[5] 宋宏昌.水泥窑脱硝技术及其比对浅析[J].水泥工程，2013，2.

[6] 刘小娟等.SNCR技术在水泥企业脱硝减排的实效监测[J].科技风， 2013，22.

基金项目：水泥窑炉NOx高温低成本还原材料与技术示范应用（2011BAE29B03）资助。

作者简介：包文忠（1966- ），男，高级工程师，硕士，研究方向：水泥工艺、水泥工业环保。

摘 要：本文简要介绍了叶城天山水泥有限公司1×4500t/d水泥窑炉采用SNCR烟气脱硝工程，通过调试及试运行，针对相关情况进行了介绍。

关键词：水泥窑炉；SNCR；脱硝

1 项目背景介绍

改革开放以来，我国水泥年产量由1978年的6524万吨提高到2012年的221000万吨，获得了飞速的发展。但是，水泥工业也是资源型高能耗产业，伴随着水泥工业的发展，水泥行业氮氧化物的排放量占到全国工业排放总量的8-10%。2013年9月国务院颁发了《大气污染防治行动计划》，环保部与相关单位于2013年12月27日联合发布了新修订的《水泥工业大气污染物排放标准》（GB 4915-2013）。目前水泥厂烟气氮氧化物限值由800mg/m3下调到400～320mg/m3，我国各省都在大力推进水泥窑炉脱硝技术改造工作。而我国从2011年起，陆续开始有水泥生产线脱硝的工程报道，也有研究者提出相应的水泥窑脱硝技术方案等。

为响应新疆自治区环保厅“十二五”期间污染物减排工作，中材国际环境工程（北京）有限公司与叶城天山水泥有限责任公司签订了1*4500t/d 水泥窑炉SNCR脱硝总承包合同。本项目技术依托于中材国际环境工程（北京）有限公司承担的国家科技支撑计划专项《水泥窑炉NOx高温低成本还原材料与技术示范应用》。工程于2013年2月招标，2013年8月正式考核完毕。系统连续稳定运行，性能达到设计指标。

2 设计指标

叶城天山水泥有限责任公司主要参数如下。

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 主要设计参数

序号 参数名称 单位 数量 备注

1 生产规模 t/d 4500 正常运行产能5000t/d

2 实际出力 t/d 5000 最大运行产能5500t/d

3 烟囱脱硝前NOx浓度 mg/m3 900 10%O2，干基（平均值）

4 烟囱脱硝后NOx目标浓度 mg/m3 360 10%O2，干基（平均值）

5 氨逃逸浓度 mg/m3 <8 10%O2，干基

6 车间界氨逃逸浓度 mg/m3 <8 10%O2，干基

7 氨水浓度 % 15-25

8 烟气量（烟囱） Nm3/h（标况） 468000 现场实测数据

9 烟气量（烟囱 m3/h（工况） 717000 现场实测数据

10 烟气氧量 % 9.8 现场实测数据

11 烟气温度 ℃ 110

3 脱硝系统简介

3.1 方案确定

新型干法水泥窑可以选择的降低氮氧化物排放的技术主要有：选择性非催化还原技术、低氮燃烧技术、催化还原技术、协同处置废弃物降低氮氧化物、工艺调整等。根据叶城天山水泥有限公司的可观条件和各种技术的成熟度，最终采用选择性非催化还原技术（SNCR）作为叶城天山水泥脱硝的技术方案。

3.2 SNCR脱硝原理

本工程采用外购15-25%（wt）的氨水溶液作为还原剂。利用氨水在不需要催化剂的情况下有选择性地与烟气中的氮氧化物（NOx）发生化学反应，生成氮气和水的方法。所发生的可能化学反应如下：

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脱硝工艺流程

图1

3.4 叶城天山脱硝项目的特殊因素

叶城天山水泥位于新疆维吾尔自治区喀什市叶城县，海拔高度近2000米，且处在民族地区，其中维吾尔族占93%、汉族占6%、其它少数民族占1%。因此，给水泥脱硝带了新的影响：第一，由于海拔高度提高，外界大气压力变化，因此对喷枪的雾化效果可能有影响；低温，由于本身处在民族地区，因此对氨气逃逸和氨气的无组织排放也提出了很高的要求。

4 实际运行情况

4.1 调试及运行情况

表3

序号 氨水流量 氮氧化物浓度 脱硝效率

m3/h mg/m3 %

1 0.3 300 40

2 0.4 260 48

3 0.5 180 64

4 0.6 130 70

图2

本工程于2013年9月15日进行脱硝热态调试，水泥窑炉负荷稳定，平均日产水泥量4500t/d，分解炉出口的烟气温度为880℃～920℃，基本在最佳脱硝反应温度窗口，分解炉出口烟气中NO2浓度（干态、10%O2）为500mg/m3，氧气含量约12%，且数据比较稳定，调试期间其它运行数据参见表3和图2。

调试运行期间，因负荷较高，运行连续稳定，调试工作较为顺利，达到了设计上脱硝效率大于60%的要求。

4.2 氨逃逸情况

在水泥窑SNCR设备正常运行过程中，中材国际环境工程（北京）有限公司利用Z800XP氨逃逸分析仪对水泥厂尾排烟囱中的氨气逃逸浓度进行分析，其浓度小于2ppm，达到国家恶臭污染物排放标准和水泥厂大气污染物排放标准。

针对现场的氨气的无组织排放情况，进行相应的分析。认为现场管道管件密封良好，主要的无组织排放是氨水储罐的排气孔。为此，中材国际环境工程（北京）有限公司特地专门设计了氨气水封装置，保证在氨水储罐在正压（温度升高，氨水挥发）或负压（泵从氨水储罐抽出氨水，导致氨水储罐内部负压）时，储罐内部气体与大气不联通，且挥发出来的氨气被水吸收后，重新回到储罐，没有浪费。从而彻底的解决了水泥窑脱硝的氨气无组织排放问题。

4.3 存在的问题和讨论

4.3.1 中材国际环境工程（北京）有限公司和叶城天山原计划拟安装在线氨气逃逸装置，但是根据中材国际环境工程（北京）有限公司在早期类似项目的经验，几个进口品牌的在线氨气逃逸检测仪在水泥厂烟囱的应用效果非常不稳定，其原因可能是因温度较低，氨非常容易冷凝，导致数据波动大，因此尚需开发更加可靠的适用于水泥窑的在线氨逃逸检测设备。

4.3.2 脱硝效果并没有因外界大气压力的变动而受到显著影响，因此在现有SNCR工艺设备适应在高海拔地区应用。

4.3.3 脱硝装置运行成本还需对系统进行长期运行数据积累进行测算，验证水泥炉窑采用SNCR技术真实成本。

参考文献

[1] 沈序辉.水泥工业适用的脱硝技术[J].中国水泥，2013，5.

[2] 唐新宇.水泥窑降低氮氧化物技术研发和工程实践[J].中国水泥， 2012，6.

[3] 李春雨.我国玻璃、水泥炉窑脱硝技术及应用现状研究[J].环境工程，2014，4.

[4] 周荣等.水泥窑炉SNCR烟气脱硝技术的工程应用分析[J].水泥， 2013，1.

[5] 宋宏昌.水泥窑脱硝技术及其比对浅析[J].水泥工程，2013，2.

[6] 刘小娟等.SNCR技术在水泥企业脱硝减排的实效监测[J].科技风， 2013，22.

基金项目：水泥窑炉NOx高温低成本还原材料与技术示范应用（2011BAE29B03）资助。

作者简介：包文忠（1966- ），男，高级工程师，硕士，研究方向：水泥工艺、水泥工业环保。