水泥窑炉脱硝技术
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德国Solnhofen波特兰水泥厂中预热塔附近的SCR系统
选择性催化还原技术（SCR）
SCR在水泥窑炉上应用的问题:
– 烟尘中颗粒物会堵塞催化剂，必须安装吹灰器； – 烟气中的碱性物质、CaO和SO2会使催化剂中毒； – 如果将SCR安装在除尘器的下游，必须安装烟气再热
器，加热烟气到催化剂的最佳工作温度。
水泥窑炉脱硝技术
背景 —NOx控制迫在眉睫
❖ 2010年全国氮氧化物排放量2273.6万吨，主要集中在火电、水 泥和机动车行业。
❖ 《我国国民经济和社会发展十二五规划纲要》，明确提出“十二 五”氮氧化物减排10%的约束性指标，对脱硝技术提出更高的要 求。
北京
中国大气污染
已成为
广州
全球关注的
焦点
！
上海
催化剂抗中毒配方研究
水泥窑炉烟气有害成分分析
催化剂中毒机理研究
（量子化学分析）
碱性物质 CaO SO2
催化剂组分改性
（控制添加微量有效组分）
催化剂抗中毒研究
（量子化学+实验手段）
碱土金属中毒机理研究
新鲜催化剂模型
新鲜催化剂
中毒催化剂模型
碱性金属中毒
中毒表征
抗中毒 分子结构调控
催化剂抗中毒研究路线
GB 4915-2004水泥工业氮氧化物排放标准
排放浓度（mg／m3）
单位产品排放量（kg／t）
800
2.40
水泥行业与火电行业NOx排放标准比较
颁布年份 1985
1996 2004 2010 2003 2012
排放标准
《水泥工业污染物排放标准》 （GB4915-85)
《水泥厂大气污染物排放标准》 (GB4915-1996
间。
选择性非催化还原技术（SNCR）
NH3的可喷入位置
SNCR技术的工程应用
2006年之前，在欧洲至少有18个水泥窑采用了SNCR脱销技 术，其中15座在德国，2座在瑞典， 一座在瑞士。在这些工程中 还原剂多为浓度为25％的氨水，NH3/NOx比值为0.5～0.9, 脱硝 效率为10～50％。
瑞典的两座干法回转水泥窑在安装SNCR装置之后，在 NH3/NOx比值为1.0～1.2的条件下，脱硝效率达到80～85％，究 其原因是采用了多点喷射技术（12个点） 。
选择性催化还原技术（SCR）
SCR在水泥窑炉上应用的问题:
– 烟尘中颗粒物会堵塞催化剂，必须安装吹灰器； – 烟气中的碱性物质、CaO和SO2会使催化剂中毒； – 如果将SCR安装在除尘器的下游，必须安装烟气再热
器，加热烟气到催化剂的最佳工作温度。
SCR催化剂抗中毒规律研究
烟气中的多种组分（如碱金属）易造成催化剂的中毒，因此需 开发适合水泥窑炉烟气条件的催化剂配方。
通过控制生料的加入量来调节焙烧温度； 引入三次风来调整焙烧器中还原性气氛，使其达到适宜的还原
气氛，采用这种方式的SCC技术可降低热力型和燃料型NOx。
SCC分级燃烧
美国Suwannee水泥厂的空气分级SCC
带有转窑入口喷燃器的Polysius MSC-SCC
Florida Rock Industries的空气-燃料分级SCC 美国Titan水泥厂的燃料-空气顺序分级
选择性催化还原技术（SCR）
SCR可以安装在水泥窑的两个位置： – 在除尘器的下游-“低尘负荷”系统； • 优点：催化剂寿命长，不易堵塞； • 缺点：需要对烟气进行加热，达到催化剂的反应温度； – 最后一个旋风筒下游（不带反应器）-“高尘负荷”系统； • 优点：烟气温度适合催化剂要求，无需加热； • 缺点：烟气粉尘浓度高，催化剂容易被堵塞、磨损。
行业排放对NOx污染的贡献率
水泥回转窑工艺示意图
国内外水泥窑NOx排放标准
国外水泥窑NOx排放标准（mg/Nm3）
奥地 利
比利 时
德国
爱尔兰
意大 利
卢森 堡
NOx 500 1800 500*1 1300
1800 800
葡萄 牙
1300
瑞典
200
美国
荷 兰
欧盟指 令
900 1300 200-500
SCC分级燃烧
SCC分级燃烧技术在美国PH/PC水泥窑上的业绩
选择性非催化还原技术（SNCR）
SNCR工艺的主要化学反应如下：
➢ 尿素、NH3均可作为还原剂； ➢ 温度过高氨会和氧反应生成NOx；温度过低NOx还原反应的速率过
低，造成原烟气中有过量的氨逃逸或是生料物料上有氨沉积； ➢ 因此必须寻找合理的氨气喷入位置，达到适合SNCR反应的温度区
800 800 550（新建水泥窑） 450-1100 (燃煤） 100（燃煤）
水泥窑炉NOx控制技术
炉内燃烧控制技术 选择性非催化还原（SNCR）技术 选择性催化还原（SCR）技术
炉内燃烧控制技术
✓控制进炉生料的成分； ✓炉窑燃料的类型； ✓提高热效率； ✓炉窑内分级燃烧； ✓有效的冷却控制； ✓采用专家控制系统； ✓采用低氮燃烧器。
选择性催化还原（SCR）技 术
基本化学原理
NH3 喷射格栅
烟气
NO X NOx NOx NOx
NH3 + NOx NH3 + NOx NH3 + NOx NH3 + NOx
SCR催化剂
NH22O N2 N2
H2O
N2 N2
H2O
N2 N2
H2O
N2 N2
洁净烟气
➢选择性催化还原法(SCR)是工业上应用最广的一种脱硝技术； ➢理想状态下，可使NOx的脱除率达90%以上， 是目前最好的固定 源NOx治理技术； ➢SCR反应温度一般为300～450 oC。
选择性非催化还原技术（SNCR）
优点： 1.固定投资少；2.设备简单；3.不用催化剂；4.初期投资
少； 5.系统简单；6.易于实施。
缺点： 1.脱硝效率低（<40%）； 2.运行成本较高； 3.对反应温度要求高，需要准确控制反应区内的温度； 4.需要比较高的NH3／NOx值（一般大于1）， 部分NH3被 产品吸收。
《水泥工业大气污染物排放标准》 (GB4915-2004)
《水泥工业大气污染物排放标准》 DB44／818－2010（广东）
《火电厂大气污染物排放标准》 GB23223-2003
《火电厂大气污染物排放标准》 GB 13223-2011
水泥行业的NOx排放标准会日趋严格！
NOx限值 mg/m3 无限制
焙烧器处的分级燃烧(SCC)
SCC采用分级加入燃料和空气，使NOx形成降到最低 物料加入方式来降低NOx放热排放。
在窑炉的进料端点燃燃料，并保持还原性气氛，就可以减低在 窑内燃烧带中形成的NOx；
通过调整燃烧空气量，使得焙烧燃料最初是在还原性气氛中燃 烧，以降低NOx的生成，然后再在氧化气氛中完全燃烧；
水泥窑炉概况及NOx排放现状
❖ 2010 年我国水泥产量为18.68亿吨，水泥企业近5000家。 ❖ 水泥煅烧产生大量NOx，排放浓度为300mg/Nm3~2200mg/Nm3，
每吨熟料约产生1.5kg~1.8kg氮氧化物。 ❖ 2010年全国水泥排放氮氧化物约200万吨，约占全国氮氧化物
排放总量的10%， 仅次于电力行业和机动车尾气排放， 位居 第三。
SCR脱硝系统的高粉尘负荷布置。
选择性催化还原技术（SCR）
• 到2008年，全世界一共有3个水泥厂安装了SCR 系统 – 德国Solnhofen水泥厂 – 意大利 Monselice水泥厂 – 意大利Calavino水泥厂
• 其中德国的Solnhofen水泥厂的SCR系统可靠运行了40000 小时。
– 烟尘中颗粒物会堵塞催化剂，必须安装吹灰器； – 烟气中的碱性物质、CaO和SO2会使催化剂中毒； – 如果将SCR安装在除尘器的下游，必须安装烟气再
热器，加热烟气到催化剂的最佳工作温度。
谢谢！
优化后催化剂呈高分散状态，活性组分可较好的分散在TiO2载体上
SCR脱硝催化剂样品
催化剂微观形貌
催化剂的孔径分布
催化剂FSEM照片
催化剂的EDS谱图
催化剂的XRD谱图
成型催化剂应用
SCR Catalyst
SCR bypass experiment system
选择性催化还原技术（SCR）
SCR在水泥窑炉上应用的问题:
捏合 模块组装
过滤
模具
成型
模块
干燥煅烧切割
催化剂成型制备工艺优化
添加剂的影响
干燥工艺
蜂窝催化剂微观形貌
壁厚 mm
煅烧工艺
孔间 孔密度 几何表
距 cell/m3 面积
mm
m2/m3
孔隙 率
%
Байду номын сангаас
1
7 20408 490 73.47
0.9 6.1 26874 559 72.67
催化剂基本参数
成型催化剂表征
中毒模拟 中毒元素中和催 化剂表面的酸性
位
助剂降低中毒元 素与活性位接触 的机会。
中毒 试验研究
添加改性组分后， 抗中毒能力大大增强 抗中毒 试验研究
抗CaO中毒催化添加剂改性研究
催化剂添加剂抗CaO中毒 ★添加抗中毒组分后催化剂抗CaO中毒能力极大提升（350oC下 50%提升到80%）。
催化剂成型制备工艺
催化剂反应系统设计及应用
Cold Flow Model testing
system
Geometric model
Velocity distribution at the upstream of AIG
NH3 concentration in SCR reactor
NH3 concentration at the inlet of catalysts
国际水泥工业对NOx排放限制最严格的是德国标准，规定采用二次燃料的
替代率≤60%时，其排放氮氧化物浓度不得超过500mgNO2/Nm3；二次燃料 替代率为60%～100%时，不大于200 mgNO2/Nm3。
我国水泥窑NOx排放标准：
我国现执行《水泥工业大气污染物排放标准》GB 4915-2004，规定NOx排 放浓度不得超过800mg/m3。杭州地区规定不得超过150mg/m3
选择性催化还原技术（SCR）
SCR在水泥窑炉上应用的问题:
– 烟尘中颗粒物会堵塞催化剂，必须安装吹灰器； – 烟气中的碱性物质、CaO和SO2会使催化剂中毒； – 如果将SCR安装在除尘器的下游，必须安装烟气再热
器，加热烟气到催化剂的最佳工作温度。
水泥窑炉脱硝技术
背景 —NOx控制迫在眉睫
❖ 2010年全国氮氧化物排放量2273.6万吨，主要集中在火电、水 泥和机动车行业。
❖ 《我国国民经济和社会发展十二五规划纲要》，明确提出“十二 五”氮氧化物减排10%的约束性指标，对脱硝技术提出更高的要 求。
北京
中国大气污染
已成为
广州
全球关注的
焦点
！
上海
催化剂抗中毒配方研究
水泥窑炉烟气有害成分分析
催化剂中毒机理研究
（量子化学分析）
碱性物质 CaO SO2
催化剂组分改性
（控制添加微量有效组分）
催化剂抗中毒研究
（量子化学+实验手段）
碱土金属中毒机理研究
新鲜催化剂模型
新鲜催化剂
中毒催化剂模型
碱性金属中毒
中毒表征
抗中毒 分子结构调控
催化剂抗中毒研究路线
GB 4915-2004水泥工业氮氧化物排放标准
排放浓度（mg／m3）
单位产品排放量（kg／t）
800
2.40
水泥行业与火电行业NOx排放标准比较
颁布年份 1985
1996 2004 2010 2003 2012
排放标准
《水泥工业污染物排放标准》 （GB4915-85)
《水泥厂大气污染物排放标准》 (GB4915-1996
间。
选择性非催化还原技术（SNCR）
NH3的可喷入位置
SNCR技术的工程应用
2006年之前，在欧洲至少有18个水泥窑采用了SNCR脱销技 术，其中15座在德国，2座在瑞典， 一座在瑞士。在这些工程中 还原剂多为浓度为25％的氨水，NH3/NOx比值为0.5～0.9, 脱硝 效率为10～50％。
瑞典的两座干法回转水泥窑在安装SNCR装置之后，在 NH3/NOx比值为1.0～1.2的条件下，脱硝效率达到80～85％，究 其原因是采用了多点喷射技术（12个点） 。
选择性催化还原技术（SCR）
SCR在水泥窑炉上应用的问题:
– 烟尘中颗粒物会堵塞催化剂，必须安装吹灰器； – 烟气中的碱性物质、CaO和SO2会使催化剂中毒； – 如果将SCR安装在除尘器的下游，必须安装烟气再热
器，加热烟气到催化剂的最佳工作温度。
SCR催化剂抗中毒规律研究
烟气中的多种组分（如碱金属）易造成催化剂的中毒，因此需 开发适合水泥窑炉烟气条件的催化剂配方。
通过控制生料的加入量来调节焙烧温度； 引入三次风来调整焙烧器中还原性气氛，使其达到适宜的还原
气氛，采用这种方式的SCC技术可降低热力型和燃料型NOx。
SCC分级燃烧
美国Suwannee水泥厂的空气分级SCC
带有转窑入口喷燃器的Polysius MSC-SCC
Florida Rock Industries的空气-燃料分级SCC 美国Titan水泥厂的燃料-空气顺序分级
选择性催化还原技术（SCR）
SCR可以安装在水泥窑的两个位置： – 在除尘器的下游-“低尘负荷”系统； • 优点：催化剂寿命长，不易堵塞； • 缺点：需要对烟气进行加热，达到催化剂的反应温度； – 最后一个旋风筒下游（不带反应器）-“高尘负荷”系统； • 优点：烟气温度适合催化剂要求，无需加热； • 缺点：烟气粉尘浓度高，催化剂容易被堵塞、磨损。
行业排放对NOx污染的贡献率
水泥回转窑工艺示意图
国内外水泥窑NOx排放标准
国外水泥窑NOx排放标准（mg/Nm3）
奥地 利
比利 时
德国
爱尔兰
意大 利
卢森 堡
NOx 500 1800 500*1 1300
1800 800
葡萄 牙
1300
瑞典
200
美国
荷 兰
欧盟指 令
900 1300 200-500
SCC分级燃烧
SCC分级燃烧技术在美国PH/PC水泥窑上的业绩
选择性非催化还原技术（SNCR）
SNCR工艺的主要化学反应如下：
➢ 尿素、NH3均可作为还原剂； ➢ 温度过高氨会和氧反应生成NOx；温度过低NOx还原反应的速率过
低，造成原烟气中有过量的氨逃逸或是生料物料上有氨沉积； ➢ 因此必须寻找合理的氨气喷入位置，达到适合SNCR反应的温度区
800 800 550（新建水泥窑） 450-1100 (燃煤） 100（燃煤）
水泥窑炉NOx控制技术
炉内燃烧控制技术 选择性非催化还原（SNCR）技术 选择性催化还原（SCR）技术
炉内燃烧控制技术
✓控制进炉生料的成分； ✓炉窑燃料的类型； ✓提高热效率； ✓炉窑内分级燃烧； ✓有效的冷却控制； ✓采用专家控制系统； ✓采用低氮燃烧器。
选择性催化还原（SCR）技 术
基本化学原理
NH3 喷射格栅
烟气
NO X NOx NOx NOx
NH3 + NOx NH3 + NOx NH3 + NOx NH3 + NOx
SCR催化剂
NH22O N2 N2
H2O
N2 N2
H2O
N2 N2
H2O
N2 N2
洁净烟气
➢选择性催化还原法(SCR)是工业上应用最广的一种脱硝技术； ➢理想状态下，可使NOx的脱除率达90%以上， 是目前最好的固定 源NOx治理技术； ➢SCR反应温度一般为300～450 oC。
选择性非催化还原技术（SNCR）
优点： 1.固定投资少；2.设备简单；3.不用催化剂；4.初期投资
少； 5.系统简单；6.易于实施。
缺点： 1.脱硝效率低（<40%）； 2.运行成本较高； 3.对反应温度要求高，需要准确控制反应区内的温度； 4.需要比较高的NH3／NOx值（一般大于1）， 部分NH3被 产品吸收。
《水泥工业大气污染物排放标准》 (GB4915-2004)
《水泥工业大气污染物排放标准》 DB44／818－2010（广东）
《火电厂大气污染物排放标准》 GB23223-2003
《火电厂大气污染物排放标准》 GB 13223-2011
水泥行业的NOx排放标准会日趋严格！
NOx限值 mg/m3 无限制
焙烧器处的分级燃烧(SCC)
SCC采用分级加入燃料和空气，使NOx形成降到最低 物料加入方式来降低NOx放热排放。
在窑炉的进料端点燃燃料，并保持还原性气氛，就可以减低在 窑内燃烧带中形成的NOx；
通过调整燃烧空气量，使得焙烧燃料最初是在还原性气氛中燃 烧，以降低NOx的生成，然后再在氧化气氛中完全燃烧；
水泥窑炉概况及NOx排放现状
❖ 2010 年我国水泥产量为18.68亿吨，水泥企业近5000家。 ❖ 水泥煅烧产生大量NOx，排放浓度为300mg/Nm3~2200mg/Nm3，
每吨熟料约产生1.5kg~1.8kg氮氧化物。 ❖ 2010年全国水泥排放氮氧化物约200万吨，约占全国氮氧化物
排放总量的10%， 仅次于电力行业和机动车尾气排放， 位居 第三。
SCR脱硝系统的高粉尘负荷布置。
选择性催化还原技术（SCR）
• 到2008年，全世界一共有3个水泥厂安装了SCR 系统 – 德国Solnhofen水泥厂 – 意大利 Monselice水泥厂 – 意大利Calavino水泥厂
• 其中德国的Solnhofen水泥厂的SCR系统可靠运行了40000 小时。
– 烟尘中颗粒物会堵塞催化剂，必须安装吹灰器； – 烟气中的碱性物质、CaO和SO2会使催化剂中毒； – 如果将SCR安装在除尘器的下游，必须安装烟气再
热器，加热烟气到催化剂的最佳工作温度。
谢谢！
优化后催化剂呈高分散状态，活性组分可较好的分散在TiO2载体上
SCR脱硝催化剂样品
催化剂微观形貌
催化剂的孔径分布
催化剂FSEM照片
催化剂的EDS谱图
催化剂的XRD谱图
成型催化剂应用
SCR Catalyst
SCR bypass experiment system
选择性催化还原技术（SCR）
SCR在水泥窑炉上应用的问题:
捏合 模块组装
过滤
模具
成型
模块
干燥煅烧切割
催化剂成型制备工艺优化
添加剂的影响
干燥工艺
蜂窝催化剂微观形貌
壁厚 mm
煅烧工艺
孔间 孔密度 几何表
距 cell/m3 面积
mm
m2/m3
孔隙 率
%
Байду номын сангаас
1
7 20408 490 73.47
0.9 6.1 26874 559 72.67
催化剂基本参数
成型催化剂表征
中毒模拟 中毒元素中和催 化剂表面的酸性
位
助剂降低中毒元 素与活性位接触 的机会。
中毒 试验研究
添加改性组分后， 抗中毒能力大大增强 抗中毒 试验研究
抗CaO中毒催化添加剂改性研究
催化剂添加剂抗CaO中毒 ★添加抗中毒组分后催化剂抗CaO中毒能力极大提升（350oC下 50%提升到80%）。
催化剂成型制备工艺
催化剂反应系统设计及应用
Cold Flow Model testing
system
Geometric model
Velocity distribution at the upstream of AIG
NH3 concentration in SCR reactor
NH3 concentration at the inlet of catalysts
国际水泥工业对NOx排放限制最严格的是德国标准，规定采用二次燃料的
替代率≤60%时，其排放氮氧化物浓度不得超过500mgNO2/Nm3；二次燃料 替代率为60%～100%时，不大于200 mgNO2/Nm3。
我国水泥窑NOx排放标准：
我国现执行《水泥工业大气污染物排放标准》GB 4915-2004，规定NOx排 放浓度不得超过800mg/m3。杭州地区规定不得超过150mg/m3