中科院工程热物理所在水泥窑炉低氮脱硝技术研发中获进展

水泥中科院工程热物理研究所 2020-12-04

水泥窑炉低氮脱硝技术通过对现有水泥工艺的优化实现NOx减排，突破了水泥窑炉现有脱硝技术面临的氮还原转化率限制等瓶颈问题，是一种有效减少NOx排放的综合控制技术，在脱硝效率、环境兼容性、以及投资运行成本等方面显示出了较强的优越性。

近日，中科院先导专项水泥窑炉低NOx关键技术与示范课题宁夏胜金2500t/d水泥窑炉示范工程实现试运行并进行了第三方测试，在SNCR正常投运条件下，水泥窑炉NOx排放低至80mg/m³。研究所项目团队在流态化燃烧氮氧化物控制技术的基础上，提出了水泥窑炉NOx原位还原工艺，突破了水泥窑炉原位还原脱硝技术、还原炉/分解炉耦合技术等关键技术，形成了水泥窑炉低氮脱硝技术并成功在该示范工程中应用，与不匹配低氮脱硝技术相比，NOx排放进一步降低60%以上。项目团队已于今年6月实现了该示范工程的稳定运行，经过不断优化完善，本次调试结果相较于前一次在NOx还原效果和运行连续稳定性上有显著提升。该示范工程对我国燃煤水泥窑炉低氨甚至无氨脱硝技术领域具有重要意义。

我国水泥工业氮氧化物排放量占到全国排放总量的10%以上，对环境影响非常突出。目前，我国水泥工业NOx排放国家标准限值为400mg/m³，重点地区不超过320mg/m³，但是随着环保政策日趋收紧，越来越多的地方政府制定了比国标更为严苛的排放标准，尤其是山东、河北、河南、宁夏以及江浙等地区，NOx排放标准提升至100mg/m³，传统脱硝技术已经难以直接满足当前水泥工业超低排放的环保要求。

中国科学院工程热物理研究所在中科院A类洁净能源战略性先导专项支持下，系统研究了水泥窑炉条件下煤粉、半焦与热解气对NOx的不同还原特性及相关机理。获得了煤粉对NOx均相、异相还原机理，揭示了水泥生料对于促进焦炭异相还原的机理，获得了温度与氧气浓度等关键参数对NOx还原特性的影响机理。在此基础上提出并开发了适用于燃煤水泥窑炉的低氮脱硝技术。该技术通过煤粉原位还原实现燃料氮的预脱除，部分燃料氮定向转化为氮气，同时生成具有较强还原性的高温半焦-煤气，进入分解炉后通过均相及异相还原反应将回转窑产生的高浓度NOx还原成N₂。项目团队在1t/d和3t/d水泥生料分解过程低NOx控制中试试验中积累了大量的研究数据，为该示范工程的建设和运行提供了技术原理和数据支撑。

水泥窑炉低氮脱硝技术通过对现有水泥工艺的优化实现NOx减排，突破了水泥窑炉现有脱硝技术面临的氮还原转化率限制等瓶颈问题，是一种有效减少NOx排放的综合控制技术，在脱硝效率、环境兼容性、以及投资运行成本等方面显示出了较强的优越性，有望使水泥窑炉摆脱对氨水的依赖，解决现有脱硝技术面临的效率和环保两难的问题。下一步项目团队将继续对示范工程进行优化以期实现无氨更低NOx排放，并积极推进该技术的广泛工程应用，为解决困扰我国水泥行业发展的瓶颈问题贡献中科院智慧力量。