水泥窑炉SNCR脱硝技术探析_贾世昌
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第 25 卷 第 2 期 2012 年 4 月
环境科技 Environmental Science and Technology
Vol．25 No．2 Apr．2012
水泥窑炉 SNCR 脱硝技术探析
贾世昌
(江苏科行环境工程技术有限公司， 江苏 盐城 224000)
摘 要： 我国氮氧化物（NOx）减排任重道远，水泥行业是第 3 排放大户，江苏科行集团和清华大学承担了水泥窑炉
2.4 水泥窑 SNCR 脱硝要解决的问题 （1） 氨 基 还 原 剂 （NH3、 尿 素 ） 的 反 应 特 性 以 及 添
加剂改性等方法； （2） 还 原 剂 喷 入 区 域 的 温 度 、 气 氛 、 粉 尘 成 分 和
浓度以及还原剂在 SNCR 反应温度区间的停留时间； （3） 氨 氮 比 对 脱 硝 效 率 的 影 响 以 及 高 氨 逃 逸 引
文章编号: 1674-4829(2012)02-0034-04
Analysis on SNCR Denitrification Technology and Equipment for the Cement Kilns
JIA Shi-chang
（Jiangsu COHEN Environmental Engineering Technology Co.,Ltd., Yancheng 224000， China）
（2）尿素溶液供给系统 尿素溶液从溶液储存设备， 经由输送装置输送 到各锅炉烟气脱硝系统， 其回流通过背压控制阀调 节，以保证提供稳定的流量和压力。 背压控制回路用于调节供料泵为计量装置供应 尿素所需的稳定流量和压力，背压控制阀设置 2 套。 （3）计量分配系统 计量分配系统由稀释水装置和计量分配装置 组成。 尿素溶液稀释水装置的作用是使尿素溶液与稀 释水混合稀释后，喷射入锅炉内。 计量分配装置，用 于各种喷射枪的尿素溶液喷射流量的分配控制。 （4）尿素溶液喷射系统 尿素溶液喷射系统见图 2。
主要技术指标为：NOx 脱除效率 ≥ 60%；逃逸 ρ（氨） ≤ 11.38 mg/m3。 2.3 SNCR 脱硝技术
SNCR 是向水泥窑分解炉中喷氨水或尿素等含 有 氨 基 的 还 原 剂 ，在 高 温( 850 ～ 1 150 ℃)，氨 自 由 基选择性地还原烟气中的 NOx，而不与烟气中的 O2 作用，把 NOx 还原成 N2 和 H2O[3]。
Abstract： Nitrogen oxides (NOx) emissions reduction is a mission of shoulder heavy responsibilities in China, with emissions in the cement industry as the third largest amount. The people in Tsinghua University and Jiangsu COHEN Group assumed the key project of national scientific and technological support plan on denitrification technology for cement kiln, solved the key issues of the selective non-catalytic reduction (SNCR) technology in the cement kilns, and developed a set of SNCR technologies for DeNOx with independent intellectual property. SNCR process is currently considered to be the best technology for rotary kiln in cement industry, while SNCR process for cement kilns should possess a certain conditions. In SNCR system, flue gas denitrification is completed by four basic processes. The main factors affecting SNCR denitrification were temperature range, resident time, and NH3/NOx. The difficult point of the SNCR denitrification for the cement kiln was the environment, and the effect of atmosphere on calcium-based particles also had affect on denitrification efficiency. Key words： NOx; Cement kilns; Denitrification; SNCR
脱 硝 国 家 科 技 支 撑 计 划 重 点 项 目 ，解 决 选 择 性 非 催 化 还 原 （SNCR）脱 硝 技 术 在 水 泥 窑 炉 应 用 的 关 键 问 题 ，开 发 具 有 自
主知识产权的 SNCR 脱硝成套技术。 SNCR 工艺被认为是目前可用于水泥工业回转窑上的最好技术，水泥窑炉 SNCR
起的后续管路堵塞、污染； （4）还原剂与烟气的快速混合问题。
3 水泥窑炉 SNCR 脱硝工艺
3.1 水泥窑炉 SNCRBiblioteka Baidu脱硝系统 （1）尿素溶液制备与储存系统 尿素溶液制备储存与供给系统见图 1。
ω（尿素）为 10％
静态混合
计量泵
水
水泵 稀释水压力控制
水泵 计量模块
模块
ω（尿素）
为 50％
尿素储存罐
0 引言
1 水泥窑炉脱硝现状
“十二五”期间，NOx 首次列入约束性指标体系， 排放总量要削减 10%。 在我国，水泥行业氮氧化物 的排放量已是居火力发电、 汽车尾气排放之后的第 3 排放大户。 2010 年年底，工业和信息化部《关于水 泥产业节能减排的指导意见》中提出，到 2015 年年 底， 全国水泥工业的 NOx 排放量要比 2009 年减少 25%。
我 国 现 行 的 水 泥 工 业 环 保 标 准 （GB 4915— 2004）对 NOx 排放限值是 800 mg/m3（标况），预计随 着国家对 NOx 排放控制日益严格和脱硝技术的 发 展，水泥行业的 NOx 排放标准将趋于更加严格[1]。
我国新型干法水泥回转窑上 常 用 的 NOx 控 制 技术：优化窑和分解炉的燃烧制度；改变配料方案， 掺用矿化剂以求降低熟料烧成温度和时间， 改进熟
配置溶液时将储仓中的尿素输送到到溶解罐 里， 用去离子水将干尿素溶解成质量分数约 50%的
36
环境科技
2012 年 4 月
尿素溶液， 通过尿素溶液给料泵输送到尿素溶液储 罐备用。
尿素溶解罐内设置蒸汽加热器及搅拌器， 用来 加速尿素颗粒的溶解。 尿素溶解罐内保持溶解罐温 度在 35 ℃以上，避免尿素溶液出现结晶现象。
SNCR 技术
成本居中，脱硝效率比较高，水泥窑应用较多
1.2 适于水泥窑脱硝的技术 在国际上 SNCR 技术在水泥炉窑脱硝的应用得
到了比较深入和广泛的研究， 并且有了大量的工程 应用， 按照欧盟 IPPC 指令，SNCR 工艺被认为是目 前可用于水泥工业回转窑上的最好技术[2]。
SNCR 技术在不同装置应用上存在着脱氮效率 忽高忽低等不稳定的问题， 国际上水泥窑应用 SNCR 技术可实现高达 85%的脱硝效率。目前，国内 水 泥 行 业 NOx 排 放 控 制 技 术 仍 处 于 研 究 阶 段 ， 其 研发及应用的发展水平将影响 “十二五”NOx 的减 排效果。
将与烟气中的 O2 发生氧化反应生成 CO2 和 H2O，因 此还原剂消耗量较大[4]。
用尿素做还原剂，使得操作系统更加安全可靠， 主要反应如下：
4NO + 4NH3 + O2 = 4N2 + 6H2O 2NO2 + 4NH3 + O2 = 3N2 + 6H2O
2NO + CO（NH2）2 + -12O2 → 2N2 + CO2 + 2H2O
窑炉烟气治理及设备研发.
回转窑是新型干法水泥物料烧成的关键技术装 备，是水泥行业 NOx 的主要来源。 煅烧水泥熟料时 生成 NO 的途径主要 ：有热力 NOx、瞬发 NOx、燃料 NOx 和生料 NOx 等。 在回转窑产生的废气中，氧化 物排放质量浓度大约在 300 ～ 2 200 mg/m3（标况）左 右。 NO2 一般仅占 NOx 总量的 5%以下，NO 则占总 量的 95%以上。
循环泵
加热
供应/循环模块
尿素卸载泵
图 1 尿素溶液制备储存与供给系统
尿素溶液的储存、 运输和处理不需要特殊的安 全防护措施。 当使用高硬度的水稀释时，质量分数为 45%的尿素溶液， 添加少量的特殊化学物质进行稳 定，以加强尿素雾化，将由于时间、温度和水中杂质 造成的尿素沉淀减小到最低程度。
尿素溶液制备与储存系统包括尿素储存上料装 置、尿素溶解罐、尿素溶液输送泵、尿素溶液储罐、 HFD 循环模块及控制装置等。
工艺必须具备一定的条件。 SNCR 系统烟气脱硝过程是由 4 个基本过程完成，影响 SNCR 脱硝效率的主要因素有：温
度区间、停留时间、氨氮比。 水泥窑 SNCR 脱硝难点在于环境，气氛对钙基颗粒的作用也有影响。
关键词： NOx； 水泥窑炉； 脱硝； 选择性非催化还原
中图分类号: X2
文献标识码: A
常 用 于 脱 硝 的 氨 基 还 原 剂 （NH3、氨 水 、尿 素 ）。 不同还原剂有不同的反应温度范围， 此温度范围称 为温度窗。 反应最佳温度区为 850 ～ 1 100 ℃。 当反 应温度过高时， 由 于 氨 的 分 解 会 使 NOx 还 原 率 降 低，另一方面，反应温度过低时，氨的逃逸增加，也会 使 NOx 还原率降低。 在 SNCR 反应中，部分还原剂
生料
烟气 资料 氨水 1
2 3
空气 1. 预热器； 2. 分解炉； 3 喷嘴
图 2 尿素溶液喷射系统
2 水泥窑脱硝国家科技支撑计划重点项目
江苏科行集团和清华大学联合承担的水泥窑脱 硝国家科技支撑课题“水泥窑炉 NOx 高温低成本还 原材料与技术示范应用”。 目前在宁夏平罗正在实施 国内第 1 条水泥窑脱硝示范工程， 该工程的成功应 用将会是国内水泥窑脱硝的里程碑。 2.1 研究目标
解 决 SNCR 脱 硝 技 术 在 水 泥 窑 应 用 的 关 键 问 题，开发具有自主知识产权的 SNCR 脱硝成套技术， 形成该套技术的设计规范和关键设备的制造能力， 实现对水泥窑排放的 NOx 低成本有效控制。 2.2 技术指标
第 25 卷 第 2 期
贾世昌 水泥窑炉 SNCR 脱硝技术探析
35
料易烧性；采用低氮燃烧器；在窑尾分解炉和管道中
的阶段燃烧技术。
1.1 我国现有脱硝工艺
目前已有脱硝工艺见表 1。
表 1 现有脱硝工艺
工艺
特点
燃烧过程控制
成本低，脱硝效率低
SCR（选 择 性 催 化 还 原 ）技 术
成本高、脱硝效率高
目前，我国拥有水泥企业近 5 000 家，产量已连 续多年位居世界首位。 2010 年全国累计水泥总产量 18.7 亿 t，其中，新型干法水泥比例达到 80%。
收 稿 日 期 ：2011-12-12 基 金 项 目 ：杭 州 市 环 境 保 护 科 研 计 划 项 目 （2010008 ）. 作者简介：贾 世 昌 （1972-），男 ，江 苏 苏 州 人 ，本 科 ，工 程 师 ，主 要 从 事
尿素溶液（质量分数约 50%）配好后由溶解循环 泵输送到尿素溶液储罐（容量按 5 d 耗量），经高流 量循环模块（HFD）送至 炉 前 SNCR 脱 硝 系 统 ，回 流 溶液自动返回尿素溶液储罐。 尿素输送管道需要保 温、伴热，保 持 溶 液 温 度 在 30 ～ 40 ℃以 上 ，避 免 管 道内有尿素结晶析出。
环境科技 Environmental Science and Technology
Vol．25 No．2 Apr．2012
水泥窑炉 SNCR 脱硝技术探析
贾世昌
(江苏科行环境工程技术有限公司， 江苏 盐城 224000)
摘 要： 我国氮氧化物（NOx）减排任重道远，水泥行业是第 3 排放大户，江苏科行集团和清华大学承担了水泥窑炉
2.4 水泥窑 SNCR 脱硝要解决的问题 （1） 氨 基 还 原 剂 （NH3、 尿 素 ） 的 反 应 特 性 以 及 添
加剂改性等方法； （2） 还 原 剂 喷 入 区 域 的 温 度 、 气 氛 、 粉 尘 成 分 和
浓度以及还原剂在 SNCR 反应温度区间的停留时间； （3） 氨 氮 比 对 脱 硝 效 率 的 影 响 以 及 高 氨 逃 逸 引
文章编号: 1674-4829(2012)02-0034-04
Analysis on SNCR Denitrification Technology and Equipment for the Cement Kilns
JIA Shi-chang
（Jiangsu COHEN Environmental Engineering Technology Co.,Ltd., Yancheng 224000， China）
（2）尿素溶液供给系统 尿素溶液从溶液储存设备， 经由输送装置输送 到各锅炉烟气脱硝系统， 其回流通过背压控制阀调 节，以保证提供稳定的流量和压力。 背压控制回路用于调节供料泵为计量装置供应 尿素所需的稳定流量和压力，背压控制阀设置 2 套。 （3）计量分配系统 计量分配系统由稀释水装置和计量分配装置 组成。 尿素溶液稀释水装置的作用是使尿素溶液与稀 释水混合稀释后，喷射入锅炉内。 计量分配装置，用 于各种喷射枪的尿素溶液喷射流量的分配控制。 （4）尿素溶液喷射系统 尿素溶液喷射系统见图 2。
主要技术指标为：NOx 脱除效率 ≥ 60%；逃逸 ρ（氨） ≤ 11.38 mg/m3。 2.3 SNCR 脱硝技术
SNCR 是向水泥窑分解炉中喷氨水或尿素等含 有 氨 基 的 还 原 剂 ，在 高 温( 850 ～ 1 150 ℃)，氨 自 由 基选择性地还原烟气中的 NOx，而不与烟气中的 O2 作用，把 NOx 还原成 N2 和 H2O[3]。
Abstract： Nitrogen oxides (NOx) emissions reduction is a mission of shoulder heavy responsibilities in China, with emissions in the cement industry as the third largest amount. The people in Tsinghua University and Jiangsu COHEN Group assumed the key project of national scientific and technological support plan on denitrification technology for cement kiln, solved the key issues of the selective non-catalytic reduction (SNCR) technology in the cement kilns, and developed a set of SNCR technologies for DeNOx with independent intellectual property. SNCR process is currently considered to be the best technology for rotary kiln in cement industry, while SNCR process for cement kilns should possess a certain conditions. In SNCR system, flue gas denitrification is completed by four basic processes. The main factors affecting SNCR denitrification were temperature range, resident time, and NH3/NOx. The difficult point of the SNCR denitrification for the cement kiln was the environment, and the effect of atmosphere on calcium-based particles also had affect on denitrification efficiency. Key words： NOx; Cement kilns; Denitrification; SNCR
脱 硝 国 家 科 技 支 撑 计 划 重 点 项 目 ，解 决 选 择 性 非 催 化 还 原 （SNCR）脱 硝 技 术 在 水 泥 窑 炉 应 用 的 关 键 问 题 ，开 发 具 有 自
主知识产权的 SNCR 脱硝成套技术。 SNCR 工艺被认为是目前可用于水泥工业回转窑上的最好技术，水泥窑炉 SNCR
起的后续管路堵塞、污染； （4）还原剂与烟气的快速混合问题。
3 水泥窑炉 SNCR 脱硝工艺
3.1 水泥窑炉 SNCRBiblioteka Baidu脱硝系统 （1）尿素溶液制备与储存系统 尿素溶液制备储存与供给系统见图 1。
ω（尿素）为 10％
静态混合
计量泵
水
水泵 稀释水压力控制
水泵 计量模块
模块
ω（尿素）
为 50％
尿素储存罐
0 引言
1 水泥窑炉脱硝现状
“十二五”期间，NOx 首次列入约束性指标体系， 排放总量要削减 10%。 在我国，水泥行业氮氧化物 的排放量已是居火力发电、 汽车尾气排放之后的第 3 排放大户。 2010 年年底，工业和信息化部《关于水 泥产业节能减排的指导意见》中提出，到 2015 年年 底， 全国水泥工业的 NOx 排放量要比 2009 年减少 25%。
我 国 现 行 的 水 泥 工 业 环 保 标 准 （GB 4915— 2004）对 NOx 排放限值是 800 mg/m3（标况），预计随 着国家对 NOx 排放控制日益严格和脱硝技术的 发 展，水泥行业的 NOx 排放标准将趋于更加严格[1]。
我国新型干法水泥回转窑上 常 用 的 NOx 控 制 技术：优化窑和分解炉的燃烧制度；改变配料方案， 掺用矿化剂以求降低熟料烧成温度和时间， 改进熟
配置溶液时将储仓中的尿素输送到到溶解罐 里， 用去离子水将干尿素溶解成质量分数约 50%的
36
环境科技
2012 年 4 月
尿素溶液， 通过尿素溶液给料泵输送到尿素溶液储 罐备用。
尿素溶解罐内设置蒸汽加热器及搅拌器， 用来 加速尿素颗粒的溶解。 尿素溶解罐内保持溶解罐温 度在 35 ℃以上，避免尿素溶液出现结晶现象。
SNCR 技术
成本居中，脱硝效率比较高，水泥窑应用较多
1.2 适于水泥窑脱硝的技术 在国际上 SNCR 技术在水泥炉窑脱硝的应用得
到了比较深入和广泛的研究， 并且有了大量的工程 应用， 按照欧盟 IPPC 指令，SNCR 工艺被认为是目 前可用于水泥工业回转窑上的最好技术[2]。
SNCR 技术在不同装置应用上存在着脱氮效率 忽高忽低等不稳定的问题， 国际上水泥窑应用 SNCR 技术可实现高达 85%的脱硝效率。目前，国内 水 泥 行 业 NOx 排 放 控 制 技 术 仍 处 于 研 究 阶 段 ， 其 研发及应用的发展水平将影响 “十二五”NOx 的减 排效果。
将与烟气中的 O2 发生氧化反应生成 CO2 和 H2O，因 此还原剂消耗量较大[4]。
用尿素做还原剂，使得操作系统更加安全可靠， 主要反应如下：
4NO + 4NH3 + O2 = 4N2 + 6H2O 2NO2 + 4NH3 + O2 = 3N2 + 6H2O
2NO + CO（NH2）2 + -12O2 → 2N2 + CO2 + 2H2O
窑炉烟气治理及设备研发.
回转窑是新型干法水泥物料烧成的关键技术装 备，是水泥行业 NOx 的主要来源。 煅烧水泥熟料时 生成 NO 的途径主要 ：有热力 NOx、瞬发 NOx、燃料 NOx 和生料 NOx 等。 在回转窑产生的废气中，氧化 物排放质量浓度大约在 300 ～ 2 200 mg/m3（标况）左 右。 NO2 一般仅占 NOx 总量的 5%以下，NO 则占总 量的 95%以上。
循环泵
加热
供应/循环模块
尿素卸载泵
图 1 尿素溶液制备储存与供给系统
尿素溶液的储存、 运输和处理不需要特殊的安 全防护措施。 当使用高硬度的水稀释时，质量分数为 45%的尿素溶液， 添加少量的特殊化学物质进行稳 定，以加强尿素雾化，将由于时间、温度和水中杂质 造成的尿素沉淀减小到最低程度。
尿素溶液制备与储存系统包括尿素储存上料装 置、尿素溶解罐、尿素溶液输送泵、尿素溶液储罐、 HFD 循环模块及控制装置等。
工艺必须具备一定的条件。 SNCR 系统烟气脱硝过程是由 4 个基本过程完成，影响 SNCR 脱硝效率的主要因素有：温
度区间、停留时间、氨氮比。 水泥窑 SNCR 脱硝难点在于环境，气氛对钙基颗粒的作用也有影响。
关键词： NOx； 水泥窑炉； 脱硝； 选择性非催化还原
中图分类号: X2
文献标识码: A
常 用 于 脱 硝 的 氨 基 还 原 剂 （NH3、氨 水 、尿 素 ）。 不同还原剂有不同的反应温度范围， 此温度范围称 为温度窗。 反应最佳温度区为 850 ～ 1 100 ℃。 当反 应温度过高时， 由 于 氨 的 分 解 会 使 NOx 还 原 率 降 低，另一方面，反应温度过低时，氨的逃逸增加，也会 使 NOx 还原率降低。 在 SNCR 反应中，部分还原剂
生料
烟气 资料 氨水 1
2 3
空气 1. 预热器； 2. 分解炉； 3 喷嘴
图 2 尿素溶液喷射系统
2 水泥窑脱硝国家科技支撑计划重点项目
江苏科行集团和清华大学联合承担的水泥窑脱 硝国家科技支撑课题“水泥窑炉 NOx 高温低成本还 原材料与技术示范应用”。 目前在宁夏平罗正在实施 国内第 1 条水泥窑脱硝示范工程， 该工程的成功应 用将会是国内水泥窑脱硝的里程碑。 2.1 研究目标
解 决 SNCR 脱 硝 技 术 在 水 泥 窑 应 用 的 关 键 问 题，开发具有自主知识产权的 SNCR 脱硝成套技术， 形成该套技术的设计规范和关键设备的制造能力， 实现对水泥窑排放的 NOx 低成本有效控制。 2.2 技术指标
第 25 卷 第 2 期
贾世昌 水泥窑炉 SNCR 脱硝技术探析
35
料易烧性；采用低氮燃烧器；在窑尾分解炉和管道中
的阶段燃烧技术。
1.1 我国现有脱硝工艺
目前已有脱硝工艺见表 1。
表 1 现有脱硝工艺
工艺
特点
燃烧过程控制
成本低，脱硝效率低
SCR（选 择 性 催 化 还 原 ）技 术
成本高、脱硝效率高
目前，我国拥有水泥企业近 5 000 家，产量已连 续多年位居世界首位。 2010 年全国累计水泥总产量 18.7 亿 t，其中，新型干法水泥比例达到 80%。
收 稿 日 期 ：2011-12-12 基 金 项 目 ：杭 州 市 环 境 保 护 科 研 计 划 项 目 （2010008 ）. 作者简介：贾 世 昌 （1972-），男 ，江 苏 苏 州 人 ，本 科 ，工 程 师 ，主 要 从 事
尿素溶液（质量分数约 50%）配好后由溶解循环 泵输送到尿素溶液储罐（容量按 5 d 耗量），经高流 量循环模块（HFD）送至 炉 前 SNCR 脱 硝 系 统 ，回 流 溶液自动返回尿素溶液储罐。 尿素输送管道需要保 温、伴热，保 持 溶 液 温 度 在 30 ～ 40 ℃以 上 ，避 免 管 道内有尿素结晶析出。