摘要：根據《河南省2018年大氣污染防治攻堅戰工作方案》中“在2018年10月底前完成全省陶瓷、鋼鐵、水泥、碳素、玻璃行業的超低排放改造”的要求，南陽中聯臥龍水泥有限公司通過技術對比，在原有SNCR脫硝的基礎上，采用“熱碳催化還原復合脫硝技術”于2018年3月完成了公司熟料生產線的氮氧化物超低排放技術改造。通過近一年的生產運行，成功實現了“氮氧化物≤50 mg/Nm3，氨逃逸≤8 mg/Nm3”預期目標，且生產過程氮氧化物和氨逃逸小時均值分別穩定控制在35 mg/Nm3和3 mg/Nm3左右，熟料產質量沒有受到影響，產生了良好的環境、經濟與社會效益。

我公司熟料燒成系統采用了旋風預熱窯外分解技術，2007年10月投產。2014年11月建成SNCR脫硝系統投入使用，窯尾煙氣中氮氧化物排放濃度可穩定控制在320 mg/Nm3以下。2017年底河南省提出超低排放設想，當時我公司用SNCR脫硝做試驗，采用德圖370設備檢測（原有在線檢測設備檢測精度低），試驗期間氨水噴量從正常的0.6 m3/h加大到1.5~1.7 m3/h將氮氧化物控制在100 mg/Nm3以內，但氨逃逸嚴重超出國家標準。試驗結果表明升級改造勢在必行，我公司根據管理區的安排部署，迅速采取行動，通過脫硝技術對比，于2018年1月決定采用“熱碳催化還原復合脫硝技術”對回轉窯超低排放中的氮氧化物實施升級改造，2018年3月改造完成投入運行至今。

1 技改方案

2018年1月燒成系統降低氮氧化物排放改造開始實施，改造方案是通過對分解爐進行分風、分煤、分料和粉狀催化劑投料的工藝改造，在分解爐下部的局部區域制造貧氧還原氛圍，以熱碳和CO為還原劑，并在高效復合催化劑HECDC-II的作用下快速將NOx還原為N2和CO2。同時，對原有的SNCR脫硝系統進行優化改造，在分解爐后部再噴入少量氨水，以NH3為還原劑，將NOx還原為N2和H2O。最終實現窯尾煙氣中NOx排放濃度穩定控制在50 mg/Nm3以下，且氨逃逸濃度滿足國家標準限值要求。

氮氧化物超低排放技術改造主要增加的配置有：

（1）催化劑儲存和計量輸送系統：采用100 m3鋼板倉儲存脫硝催化劑，并在倉頂增設收塵裝置。催化劑經倉底計量系統后送入均化庫底到入窯斗式提升機的斜槽內。脫硝催化劑儲存罐見圖1，催化劑計量輸送系統見圖2。

（2）分煤、分風、分料系統：分煤系統（見圖3）是在分解爐錐部新增設4根送煤管道，配套增加低氮燃燒器，并將上部原有送煤管道變細，確保所有送煤管道通風截面之和與改前保持一致，保證送煤風速。主管道一分為二配置2個電動控制閥，保證精確控制分煤量，使尾煤充分布滿煙道空間，強化分解爐中下部的還原氛圍。

三次風分風系統（見圖3）：增設三次風分風管道，配套安裝電動控制的耐高溫閘板1套，以保證分風量的準確控制，使分解爐中下部形成還原氛圍。

分料系統（見圖4）：配置三通、下料管道等，分料量約為20%~30%，既控制分解爐錐部溫度，同時增大了生料的分解空間。

（3）氣氛與溫度檢測系統（見圖5）：在分解爐出口配置1套無間斷精密氣氛檢測儀裝置，配置2個高溫探頭，以便能夠實時監測爐內氣氛，及時調整脫硝系統控制。

（4）現有SNCR噴氨裝置改造：將噴氨位置由分解爐鵝頸管上部改到鵝頸管到C5入口煙氣管道的中部，平均分布8個噴頭，優化噴入壓力，使得氨水霧化效果增強，提高脫硝效率。

（5）飽和蒸汽供給系統：用余熱發電SP鍋爐的飽和蒸汽噴入分解爐錐部新增的低氮燃燒器，此方案需根據煤粉水分大小決定蒸汽噴入量。

（6）脫硝中控系統配置（見圖6）：中控系統可根據監測數據對分風、分煤及催化劑計量等工況參數進行調節控制。

（7）環保自動在線設備全部更新（見圖7）。利用2018年6月停機期間進行了更換（窯頭、窯尾廢氣排出口的煙氣連續在線監測設備分別采用HP5000D型和HP5000SN型煙氣在線連續監測系統），滿足超低排放連續監測精度要求。

2 熱碳催化還原脫硝技術原理及控制要點

熱碳催化還原脫硝技術的化學反應原理是利用熱碳在貧氧環境下將NOx還原成N2達到脫硝目的。主要化學反應如下：

C+2NO→CO2+N2

C+NO2→CO2+1/2N2

CO+NO→CO2+1/2N2

CO+NO2→CO2+1/2N2+1/2O2

氮氧化物超低排放技術改造的技術要點：

（1）控制燃燒造成弱貧氧氛圍；

（2）控制溫度造成碳與氮氧化物反應的環境（最佳650~900 ℃）；

（3）控制適當的反應時間；

（4）催化劑加速反應速度；

（5）在分解爐適當的位置供氧確保充分燃燒，不影響熟料的產量和質量。

3 改造效果

該項目于2018年1月開始實施，3月份窯點火后投入使用，NOx排放濃度控制在50~70 mg/Nm3。經調試和優化，10月13日開始NOx排放濃度可穩定控制在50 mg/Nm3以下（小時均值控制在35 mg/Nm3左右），且氨逃逸濃度在3 mg/Nm3左右，遠小于8 mg/Nm3的國家標準，10月23日正式通過超低排放專家組驗收。表1是2018年10月以來，我公司對熟料產量、實物煤耗、氮氧化物、氨逃逸的統計（不含錯峰停產時間）。

該脫硝系統超低排放技術改造方案，與SCR方案相比，投資費用低，運行成本低，維修費用低。該項改造方案實施之后，有效地節約了脫硝系統的氨水用量，降低了生產過程中的能源消耗，降低了生產成本。同時大幅度降低氮氧化物排放濃度，減少了空氣污染，創造了良好的社會效益，利國利民。

改造運行以來，我公司已多次接待行業內企業和政府環保部門的參觀與檢查，并為多家企業解決類似問題提供了技術支持和指導。

4 結束語

我公司的改造運行實踐表明，熱碳催化還原脫硝技術可以在較低氨水用量下實現氮氧化物超低排放和氨逃逸不超標，脫硝效果顯著，且具有投資相對較小，生產運行穩定和節能的特點，經濟效益和社會效益顯著，值得水泥行業各企業借鑒和推廣。