為了貫徹落實(shí)《國(guó)家環(huán)境保護(hù)“十二五”規(guī)劃》提出的水泥行業(yè)NOX減排任務(wù)，海螺集團(tuán)成立“脫硝工作領(lǐng)導(dǎo)小組”，認(rèn)真摸索和總結(jié)水泥行業(yè)煙氣脫硝技術(shù)方面綜合管理和創(chuàng)新經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)分批次工業(yè)性實(shí)驗(yàn)形成具有“海螺特色”的“精細(xì)化操作+低氮燃燒+SNCR煙氣脫硝”技術(shù)路線(xiàn)：

表1：水泥窯脫硝技術(shù)應(yīng)用效能的比較

針對(duì)水泥行業(yè)的脫硝技術(shù)，國(guó)內(nèi)發(fā)展較晚，2012年前尚未大規(guī)模啟動(dòng)脫硝項(xiàng)目，可借鑒的資料不多，基于國(guó)外技術(shù)資料和海螺的脫硝工程經(jīng)驗(yàn)，海螺集團(tuán)在2012年以前主要采用離線(xiàn)式分解爐、C-KSV分解爐、分級(jí)燃燒、低氮燃燒器等燃燒中控制技術(shù)， 通過(guò)精細(xì)化操作可將NOx排放濃度控制在550mg/m3左右。

(1)在寧國(guó)廠1#窯、銅陵海螺1#窯、凌云通鴻1#窯、新疆哈密1#窯、盈江允罕1#窯、武岡云峰1#窯采用離線(xiàn)式分解爐。

(2)自2004年起，在銅陵海螺3#-5#窯(2×10000t/d及12000t/d)、樅陽(yáng)海螺4#窯(7200t/d)、池州海螺1#窯(8000t/d)、蕪湖海螺5#-6#窯(2×12000t/d)成功地引進(jìn)應(yīng)用了分級(jí)燃燒的低NOx控制技術(shù)。

(3)2008年，與川崎聯(lián)合開(kāi)發(fā)了低NOx型 C-KSV分解爐，目前在海螺國(guó)內(nèi)已有37條低NOx型水泥熟料生產(chǎn)線(xiàn)投入了運(yùn)行，減排效果良好。

(4)2011年，為了進(jìn)一步執(zhí)行國(guó)家環(huán)保減排保底政策，海螺水泥總結(jié)在脫硝技術(shù)方面的成功經(jīng)驗(yàn)，與川崎聯(lián)合開(kāi)發(fā)分級(jí)燃燒技術(shù)，已在65條水泥熟料生產(chǎn)線(xiàn)實(shí)施技術(shù)改造。

一、海螺水泥脫硝的技術(shù)路線(xiàn)探討

雖然海螺集團(tuán)燃燒中控制法的減排效果顯著，但為積極貫徹落實(shí)國(guó)家 “十二五”NOx減排任務(wù)和滿(mǎn)足新標(biāo)準(zhǔn)要求，海螺集團(tuán)“脫硝工作領(lǐng)導(dǎo)小組”積極探索科學(xué)實(shí)用的水泥窯脫硝技術(shù)路線(xiàn)。

1.脫硝技術(shù)交流和研討

2012年以來(lái)，海螺集團(tuán)“脫硝工作領(lǐng)導(dǎo)小組”按環(huán)保部的指示精神，圍繞水泥窯脫硝技術(shù)，與廣東南大環(huán)保、日本川崎等國(guó)內(nèi)外多家環(huán)?？蒲袡C(jī)構(gòu)和環(huán)保企業(yè)進(jìn)行技術(shù)交流和考察，對(duì)幾種常用的NOx減排技術(shù)進(jìn)行摸底，對(duì)國(guó)內(nèi)水泥企業(yè)的煙氣脫硝項(xiàng)目進(jìn)行實(shí)地調(diào)研，了解常用脫硝技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)該技術(shù)的運(yùn)行狀況進(jìn)行深入研討。

2.水泥生產(chǎn)線(xiàn)煙氣脫硝技術(shù)的比較

海螺集團(tuán)熟料線(xiàn)基本配備低氮燃燒系統(tǒng)，必須在低氮燃燒技術(shù)的基礎(chǔ)上實(shí)施煙氣脫硝技改，才能將NOx的排放濃度控制到較低的水平。通過(guò)幾種常用的煙氣脫硝技術(shù)的調(diào)研，海螺集團(tuán)對(duì)煙氣脫硝控制技術(shù)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行分析比較。

表2：煙氣脫硝技術(shù)設(shè)計(jì)參數(shù)比較

通過(guò)比較可知，SCR和SNCR/SCR混合煙氣脫硝技術(shù)在水泥熟料線(xiàn)上的應(yīng)用尚不成熟，SCR系統(tǒng)與水泥生產(chǎn)線(xiàn)的接口問(wèn)題難解決，催化劑的使用條件受煙氣溫度和含塵濃度的限制;SCR系統(tǒng)接口位置設(shè)在預(yù)熱器出口，煙氣成分復(fù)雜，含塵量高(60～100g/Nm3)，易引起催化劑堵塞、中毒或活性下降。該技術(shù)在水泥廠的適用性還需進(jìn)一步論證。

3.水泥廠脫硝技術(shù)的選擇原則

控制水泥窯爐NOx排放有很多種方法，各種脫硝工藝工程投資和脫硝效率各不相同，選擇何種脫硝工藝一般可根據(jù)以下幾個(gè)方面綜合考慮：

(1)NOx排放必須滿(mǎn)足國(guó)家和當(dāng)?shù)卣疁p排要求;脫硝設(shè)施必須適用于工程已確定的運(yùn)行條件，對(duì)生產(chǎn)運(yùn)行影響最小;根據(jù)工程的實(shí)際情況盡量減少脫硝裝置的建設(shè)投資。

(2)脫硝工藝要做到技術(shù)成熟、設(shè)備運(yùn)行可靠，并有較多成功的運(yùn)行業(yè)績(jī);盡量從源頭(燃燒過(guò)程中)來(lái)降低NOx的生成，降低后續(xù)煙氣脫硝技術(shù)設(shè)施的運(yùn)行成本。

(3)煙氣脫硝技術(shù)先進(jìn)，還原劑、水和能源等消耗少，盡量減少運(yùn)行費(fèi)用;煙氣脫硝技術(shù)還原劑要有穩(wěn)定可靠的來(lái)源;脫硝裝置應(yīng)布置合理。

4.海螺脫硝技術(shù)路線(xiàn)的確定

根據(jù)“技術(shù)先進(jìn)、工藝成熟、經(jīng)濟(jì)合理”的選擇原則，憑借先進(jìn)的窯操作技術(shù)和豐富的生產(chǎn)管理經(jīng)驗(yàn)，海螺集團(tuán)成功將精細(xì)化操作、低氮燃燒及煙氣脫硝技術(shù)有機(jī)結(jié)合，形成具有海螺特色的新型干法熟料生產(chǎn)線(xiàn)綜合脫硝技術(shù)路線(xiàn)圖，使脫硝效率有效控制在環(huán)保行政主管部門(mén)要求標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)、脫硝運(yùn)行成本最低、生產(chǎn)組織安全可靠。為水泥企業(yè)探尋到當(dāng)前優(yōu)質(zhì)、高效、經(jīng)濟(jì)的新型干法水泥窯脫硝解決方案。

⑴采用精細(xì)化操作和低氮燃燒技術(shù)，進(jìn)行分解爐燃料分級(jí)燃燒技術(shù)改造，將燃料分級(jí)加入，降低分解爐內(nèi)燃料型NOx的形成，并還原窯內(nèi)產(chǎn)生的熱力型NOx，從而實(shí)現(xiàn)NOx的排放，并通過(guò)操作的優(yōu)化調(diào)整，可穩(wěn)定控制NOx的排放濃度在550mg/Nm3以下。

二、海螺集團(tuán)脫硝技術(shù)特點(diǎn)

⑵采用選擇性非催化還原(SNCR)煙氣脫硝技術(shù)，配套建設(shè)SNCR煙氣脫硝設(shè)施，在分解爐上部合適的溫度區(qū)間內(nèi)噴入還原劑，與煙氣中NOx發(fā)生還原反應(yīng)，進(jìn)一步降低NOx排放，還可以減少還原劑(氨水)的消耗量和氨逃逸，在保持與窯長(zhǎng)期同步運(yùn)行的前提下降低脫硝成本。

海螺集團(tuán)具有新型干法窯工藝技術(shù)不斷提高和創(chuàng)新的能力，集團(tuán)領(lǐng)導(dǎo)在水泥生產(chǎn)、工藝控制、精細(xì)化管理等方面給予了大力支持和推動(dòng)，將污染物減排技術(shù)有機(jī)融入生產(chǎn)工藝全過(guò)程，因此海螺綜合脫硝技術(shù)路線(xiàn)具有以下主要特點(diǎn)：

1.嚴(yán)格實(shí)施精細(xì)化操作

窯尾煙室的氧含量越低，分級(jí)燃燒的脫氮效果越好。海螺集團(tuán)研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)窯尾氧含量高于3.5%時(shí)，脫硝效率明顯下降。因此，必須以全面提高生產(chǎn)管理水平和精細(xì)化操作水平為保證，這對(duì)于很多水泥廠來(lái)說(shuō)是挑戰(zhàn)。

海螺集團(tuán)通過(guò)優(yōu)化回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)的煅燒制度，控制利于降低NOx的火焰形狀和適當(dāng)?shù)撵褵郎囟?在不影響熟料質(zhì)量的前提下，降低窯尾主排風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、減少系統(tǒng)用風(fēng)、增加三次風(fēng)量、盡量降低過(guò)剩空氣系數(shù);適當(dāng)降低窯內(nèi)喂煤量、增加分解爐喂煤量，從而使NOx排放濃度控制在800mg/Nm3以下，同時(shí)系統(tǒng)阻力有所降低。在保證脫硝效率的同時(shí)可降低熟料燒成能耗，從而達(dá)到了節(jié)能減排效果。

2.對(duì)窯尾煙室和分解爐成功實(shí)施改造

低氮燃燒脫硝技術(shù)在國(guó)外水泥行業(yè)應(yīng)用普遍，國(guó)內(nèi)雖已引進(jìn)該技術(shù)，但由于技術(shù)消化沒(méi)有到位、操作控制管理不當(dāng)，導(dǎo)致脫硝效率較低。

海螺集團(tuán)對(duì)窯尾煙室入爐煙氣進(jìn)行整流，改造上升煙道，使窯內(nèi)煙氣入爐流場(chǎng)穩(wěn)定，降低入爐風(fēng)速。脫氮區(qū)空間能夠滿(mǎn)足煤粉及還原性物質(zhì)還原NOx所需的停留時(shí)間。在熟料生產(chǎn)線(xiàn)煙室和分解爐之間建立還原燃燒區(qū)，將分解爐煤粉分4點(diǎn)、上下2層喂入，增加了燃燒空間。在保證煤粉充分燃燒的同時(shí)，適當(dāng)增加分解爐錐部的煤粉喂入比例，保證無(wú)焰燃燒產(chǎn)生CO、CH4、H2、HCN和固定碳等還原劑。這些還原劑與窯尾煙氣中的NOx發(fā)生反應(yīng)，將NOx還原成N2等無(wú)污染的惰性氣體。此外，煤粉在缺氧條件下燃燒也抑制了自身燃料型NOx產(chǎn)生，從而實(shí)現(xiàn)水泥生產(chǎn)過(guò)程中的 NOx 減排，確保使改造后的NOx排放濃度控制在550mg/Nm3左右。

3.成功實(shí)施配套改造

根據(jù)原系統(tǒng)三次風(fēng)入爐速度和流場(chǎng)分布的需要，調(diào)整三次風(fēng)入口面積大小和入爐風(fēng)速;根據(jù)原系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，調(diào)整下料點(diǎn)位置，使生料沿分解爐錐部?jī)?nèi)部下滑，避免了分解爐錐部高溫結(jié)皮現(xiàn)象;在上升煙道與分解爐錐部連接處設(shè)計(jì)弧面揚(yáng)料臺(tái)，防止塌料現(xiàn)象發(fā)生。

4.優(yōu)化操作SNCR煙氣脫硝系統(tǒng)

為保證滿(mǎn)足脫硝要求，海螺集團(tuán)在認(rèn)真總結(jié)增濕塔處理窯廢氣操作經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，在SNCR煙氣脫硝設(shè)施的爐前噴射系統(tǒng)布置8-16支(根據(jù)窯型確定數(shù)量)霧化效果好、具有防堵功能的噴槍?zhuān)恐屃髁空{(diào)節(jié)范圍20～200L/h，針對(duì)熟料生產(chǎn)線(xiàn)的特點(diǎn)設(shè)定科學(xué)合理的NH3/NOx摩爾比，選用脫硝效率高、運(yùn)行成本低、運(yùn)輸保管安全性能好、貨源充足的20%氨水作為還原劑。通過(guò)PLC控制系統(tǒng)將SNCR運(yùn)行參數(shù)在中控操作室電腦屏幕上顯示，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控的目的，并按照在線(xiàn)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)自動(dòng)控制氨水噴入量，確保NOx排放濃度和氨逃逸量受控。

三、海螺水泥脫硝技術(shù)路線(xiàn)的實(shí)施效果

具有海螺特色的新型干法水泥窯脫硝技術(shù)已達(dá)到國(guó)家環(huán)保部對(duì)海螺集團(tuán)在脫硝技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用的要求，系統(tǒng)總結(jié)了國(guó)內(nèi)水泥行業(yè)將精細(xì)化操作、低氮燃燒及煙氣脫硝技術(shù)有機(jī)結(jié)合的操作路線(xiàn)圖，解決了單獨(dú)使用SNCR煙氣脫硝技術(shù)產(chǎn)生的還原劑使用量大、氨逃逸濃度高、下游設(shè)備的腐蝕嚴(yán)重及運(yùn)行成本高等難題，是當(dāng)今水泥企業(yè)最可靠的脫硝模式，得到了地方環(huán)保行政主管部門(mén)、水泥協(xié)會(huì)和同行的高度稱(chēng)贊和推廣。

海螺集團(tuán)在投資推廣該項(xiàng)技術(shù)的同時(shí)，還要求根據(jù)區(qū)域特性加快研究還原劑、燃料品種和煅燒工藝方式的開(kāi)發(fā)，進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新。截止2015年5月底，海螺集團(tuán)全部水泥熟料生產(chǎn)線(xiàn)都采用了“精細(xì)化操作+低氮燃燒+SNCR”海螺脫硝技術(shù)路線(xiàn)、且與窯同步運(yùn)行，經(jīng)地方環(huán)保行政主管部門(mén)驗(yàn)收， NOx排放濃度均優(yōu)于《水泥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB4915-2013)排放限值，確保滿(mǎn)足各區(qū)域不同脫硝減排要求，并已獲得脫硝專(zhuān)項(xiàng)補(bǔ)助資金1億余元。