[原創(chuàng)]中材國際蔡玉良：水泥脫硝應(yīng)以分級(jí)燃燒技術(shù)為主，以SNCR技術(shù)為輔
近日，中國水泥網(wǎng)記者專訪了中材國際工程股份有限公司總工程師，“全國工程勘察設(shè)計(jì)大師”蔡玉良，就水泥生產(chǎn)企業(yè)NOx減排、水泥窯協(xié)同處置垃圾、第二代新型干法水泥技術(shù)、工程系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念等行業(yè)熱門話題進(jìn)行了深入交流。
水泥行業(yè)脫硝是當(dāng)前的熱門話題，蔡玉良表示對(duì)之大家很容易忽視一個(gè)問題：水泥熟料生產(chǎn)線產(chǎn)生的氮氧化物基數(shù)變化范圍很大，不同的水泥企業(yè)，其初始基數(shù)會(huì)有不同。水泥窯NOx產(chǎn)生受幾個(gè)因素影響：1.燃料。如果燒的燃料里有機(jī)氮較多的話，那么燃用燃料的生產(chǎn)系統(tǒng)產(chǎn)生的NOx就比較多；2. 溫度。超過1400度，NOx產(chǎn)生量將隨溫度的升高成指數(shù)倍增。不同水泥品種對(duì)煅燒溫度要求不一樣，普通水泥、白水泥、高硅水泥等對(duì)煅燒溫度的要求是不一樣的，溫度越高，產(chǎn)生的NOx量就越多。
要控制NOx，首先要搞清楚水泥生產(chǎn)企業(yè)的原始基數(shù)情況，然后根據(jù)具體的情況，制定相應(yīng)的解決方案。
眾所周知，NOx的產(chǎn)生主要源于分解爐內(nèi)產(chǎn)生的燃料型NOx和回轉(zhuǎn)窯內(nèi)產(chǎn)生的燃料型NOx和熱力型NOx的總和。分解爐內(nèi)的操作溫度一般不超過1000度，主要形成的是燃料NOx，燃料型NOx在200℃以上燃料氮就可以直接轉(zhuǎn)化成NOx（主要是NO），回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的孰料煅燒溫度約1450℃，需要的氣體火焰溫度在1850℃以上，除了燃料氮直接轉(zhuǎn)化成NOx外，還因溫度較高，空氣中的氮直接轉(zhuǎn)化成熱力NOx。一般情況下，回轉(zhuǎn)窯內(nèi)產(chǎn)生的燃料型和熱力型NOx的總和占系統(tǒng)中NOx產(chǎn)生總量的65%~75%，分解爐內(nèi)產(chǎn)生的燃料型NOx約占系統(tǒng)總量的35%~25%。
分級(jí)燃燒技術(shù)就在回轉(zhuǎn)窯和分解爐之間增設(shè)一個(gè)獨(dú)立的還原燃燒區(qū)，將部分燃料轉(zhuǎn)移到還原區(qū)內(nèi)燃燒，形成還原氣氛，達(dá)到還原回轉(zhuǎn)窯中產(chǎn)生NOx的目的。一般情況下分級(jí)燃燒的脫氮效率可達(dá)60%，而回轉(zhuǎn)窯內(nèi)產(chǎn)生的NOx約占系統(tǒng)總量的65%~75%，因此，對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)來說，分解燃燒的脫氮效率也僅有45%，也就是說氮氧化物分級(jí)燃燒不可能達(dá)到50%。因?yàn)榉旨?jí)燃燒本身的效率只有60%，僅解決70%的60%的脫氮任務(wù)，顯然達(dá)不到《水泥行業(yè)準(zhǔn)入條件》中脫除NOx效率60%的要求。
蔡玉良表示之所以強(qiáng)調(diào)分級(jí)燃燒技術(shù)的應(yīng)用，是因?yàn)榉旨?jí)燃燒技術(shù)解決40%左右NOx的脫出問題，不需要化太多成本，僅有少量的設(shè)備改動(dòng)成本，但分級(jí)燃燒對(duì)系統(tǒng)的操作要求比較高，尤其對(duì)窯尾的氧含量控制要在0.8%左右，通過改變窯尾分解底的噴煤方式，以改變?nèi)紵齾^(qū)域環(huán)境氣氛，實(shí)現(xiàn)40%左右的脫硝目的。如果不采用分級(jí)燃燒，全部采用SNCR噴氨方式，會(huì)增加脫硝運(yùn)行的成本，相比，一噸水泥熟料成本要增加4~5元甚至更多，在當(dāng)前水泥企業(yè)本身利潤不多的情況下，單純采用SNCR脫硝將大大降低企業(yè)的市場競爭力，企業(yè)難于承受，在監(jiān)管不嚴(yán)的情況下，SNCR將會(huì)很快成為擺設(shè)。除此之外，低NOx燃燒器的應(yīng)用也應(yīng)成為水泥企業(yè)選擇使用的技術(shù)措施之一。
因此，蔡玉良認(rèn)為水泥企業(yè)不應(yīng)拒絕分級(jí)燃燒技術(shù)和低氮燃燒器的應(yīng)用，在可能的情況下，必須優(yōu)先選用分級(jí)燃燒技術(shù)和低氮燃燒器，以降低系統(tǒng)的NOx基數(shù)，如果上述技術(shù)難于達(dá)到控制的目標(biāo)要求，再采用SNCR噴氨技術(shù)進(jìn)一步處理。這樣就能保證水泥生產(chǎn)企業(yè)在脫氮上有效性，而且運(yùn)行成本低；如果直接上SNCR噴氨技術(shù)系統(tǒng)，運(yùn)行成本太高，很有可能企業(yè)今天上了系統(tǒng)，到后來就不運(yùn)行了。
蔡玉良認(rèn)為，目前SCR技術(shù)應(yīng)用于中國水泥企業(yè)暫時(shí)尚不合適，除非開發(fā)出能夠滿足低溫（80℃~120℃）操作要求的催化劑。其主要原因在于：一方面：現(xiàn)有SCR技術(shù)（用于SCR催化劑產(chǎn)品）的催化劑有效工作溫度窗口約300多度，同時(shí)還需要相對(duì)“干凈”的煙氣，以防止催化劑失效或中毒，而水泥廠的煙氣300℃的情況下，其含塵濃度高達(dá)80~120g/Nm3，如此高的粉塵濃度，極易導(dǎo)致催化劑功能失效或中毒，。另一方面，目前大部分水泥生產(chǎn)線都建有余熱發(fā)電裝置，無論實(shí)施的空間和條件均不能夠滿足實(shí)施SCR技術(shù)的要求。不僅如此，即使能夠使用，其投資和運(yùn)行費(fèi)用均較高。[Page]
水泥窯協(xié)同處置生活垃圾的技術(shù)已經(jīng)成熟，鼓勵(lì)政策和監(jiān)管體系應(yīng)該進(jìn)一步補(bǔ)充完善
今年4月底，中材國際在江蘇溧陽建設(shè)的水泥窯無害化協(xié)同處置450噸/日生活垃圾示范線項(xiàng)目進(jìn)入調(diào)試期，到目前已經(jīng)過去了半年多時(shí)間。蔡玉良告訴記者，該示范線可日處理500噸城市生活垃圾，年處理總量為18.25萬噸，由中國中材國際工程股份有限公司（預(yù)處理車間）和新疆天山水泥股份有限公司（水泥廠接納部分）分別出資承擔(dān)建設(shè)并聯(lián)合運(yùn)營管理。
在半年多的調(diào)試期中，遇到了各種各樣的困難。譬如季節(jié)變化因素，導(dǎo)致垃圾狀態(tài)變化對(duì)設(shè)備影響很大；垃圾種類復(fù)雜，包括農(nóng)村垃圾（藤狀農(nóng)作物）、城市垃圾、工業(yè)垃圾等，使處理難度增加；新設(shè)計(jì)的設(shè)備在實(shí)際應(yīng)用上遇了一些問題，而每個(gè)問題的解決均需要一定的時(shí)間。蔡玉良表示，盡管在實(shí)際運(yùn)用中隨著季節(jié)時(shí)間的變化，所遇到的問題，均努力得到了有效地解決。不容置疑水泥窯無害化協(xié)同處置生活垃圾技術(shù)已經(jīng)非常成熟。
“今天控制的是未來的東西”， 蔡玉良表示水泥窯協(xié)同處置生活垃圾是好的，但是也要對(duì)其進(jìn)行嚴(yán)格的污染監(jiān)控，避免造成二次污染。盡管國內(nèi)水泥窯協(xié)同處置城市生活垃圾方面技術(shù)已經(jīng)比較成熟，但是蔡玉良告訴記者目前國內(nèi)對(duì)其的環(huán)保監(jiān)控方面相比國外還是有較大差距，國外水泥窯協(xié)同處置監(jiān)控指標(biāo)非常多（多達(dá)12種之多），粉塵、SOx、NOx、CO、氨、甲烷、VOC（揮發(fā)性有機(jī)化合物）、苯類化合物、汞等在線監(jiān)測指標(biāo)和定期檢測分析的指標(biāo)為：二惡英、重金屬等非在線監(jiān)控指標(biāo)。
此外，水泥廠不僅可以生產(chǎn)水泥，還可以處理各類廢棄物（危廢、生活垃圾、污泥、有機(jī)溶劑等）、另外，自身也有一些資源等待開發(fā)和挖掘利用。目前比較成功的是余熱利用，除此之外，廢氣中的一些氣體也可以回收利用。例如二氧化碳，可以收集用于合成納米級(jí)無機(jī)鹽填充材料，還可以利用生物吸收生成生物能源等，同時(shí)還可達(dá)到減排的目的以前之所以都沒有利用起來，是因?yàn)楣I(yè)體系不完整沒有鏈接起來，很多產(chǎn)業(yè)鏈斷掉了，比如氯堿工業(yè)，在生產(chǎn)中會(huì)產(chǎn)生大量的電石渣（氫氧化鈣），以前大多堆放無用，現(xiàn)在產(chǎn)業(yè)鏈接起來了，可以把電石渣（氫氧化鈣）用作脫硫劑、生產(chǎn)水泥，還可以利用來合成納米碳酸鈣微粉，納米碳酸鈣微粉用處很多，在造紙、涂料、油漆、pvc塑料、電線絕緣皮、甚至牙膏等行業(yè)均較廣泛的應(yīng)用。
為了能夠讓更多的水泥生產(chǎn)企業(yè)積極地參與社會(huì)污染物的控制和處理，提高水泥生產(chǎn)系統(tǒng)對(duì)污染物的處理能力，國家應(yīng)該在此方面出臺(tái)相應(yīng)的鼓勵(lì)政策，并保證水泥企業(yè)能夠長期積極有效地處置廢棄物，同時(shí)，為了滿足環(huán)保控制要求，必
中國中材國際工程股份有限公司總工程師蔡玉良
水泥行業(yè)脫硝應(yīng)以分級(jí)燃燒主，SNCR技術(shù)為輔，降低脫硝運(yùn)行成本，確保水泥企業(yè)能夠長期有效的滿足氮氧化物減排的控制需要水泥行業(yè)脫硝是當(dāng)前的熱門話題，蔡玉良表示對(duì)之大家很容易忽視一個(gè)問題：水泥熟料生產(chǎn)線產(chǎn)生的氮氧化物基數(shù)變化范圍很大，不同的水泥企業(yè)，其初始基數(shù)會(huì)有不同。水泥窯NOx產(chǎn)生受幾個(gè)因素影響：1.燃料。如果燒的燃料里有機(jī)氮較多的話，那么燃用燃料的生產(chǎn)系統(tǒng)產(chǎn)生的NOx就比較多；2. 溫度。超過1400度，NOx產(chǎn)生量將隨溫度的升高成指數(shù)倍增。不同水泥品種對(duì)煅燒溫度要求不一樣，普通水泥、白水泥、高硅水泥等對(duì)煅燒溫度的要求是不一樣的，溫度越高，產(chǎn)生的NOx量就越多。
要控制NOx，首先要搞清楚水泥生產(chǎn)企業(yè)的原始基數(shù)情況，然后根據(jù)具體的情況，制定相應(yīng)的解決方案。
眾所周知，NOx的產(chǎn)生主要源于分解爐內(nèi)產(chǎn)生的燃料型NOx和回轉(zhuǎn)窯內(nèi)產(chǎn)生的燃料型NOx和熱力型NOx的總和。分解爐內(nèi)的操作溫度一般不超過1000度，主要形成的是燃料NOx，燃料型NOx在200℃以上燃料氮就可以直接轉(zhuǎn)化成NOx（主要是NO），回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的孰料煅燒溫度約1450℃，需要的氣體火焰溫度在1850℃以上，除了燃料氮直接轉(zhuǎn)化成NOx外，還因溫度較高，空氣中的氮直接轉(zhuǎn)化成熱力NOx。一般情況下，回轉(zhuǎn)窯內(nèi)產(chǎn)生的燃料型和熱力型NOx的總和占系統(tǒng)中NOx產(chǎn)生總量的65%~75%，分解爐內(nèi)產(chǎn)生的燃料型NOx約占系統(tǒng)總量的35%~25%。
分級(jí)燃燒技術(shù)就在回轉(zhuǎn)窯和分解爐之間增設(shè)一個(gè)獨(dú)立的還原燃燒區(qū)，將部分燃料轉(zhuǎn)移到還原區(qū)內(nèi)燃燒，形成還原氣氛，達(dá)到還原回轉(zhuǎn)窯中產(chǎn)生NOx的目的。一般情況下分級(jí)燃燒的脫氮效率可達(dá)60%，而回轉(zhuǎn)窯內(nèi)產(chǎn)生的NOx約占系統(tǒng)總量的65%~75%，因此，對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)來說，分解燃燒的脫氮效率也僅有45%，也就是說氮氧化物分級(jí)燃燒不可能達(dá)到50%。因?yàn)榉旨?jí)燃燒本身的效率只有60%，僅解決70%的60%的脫氮任務(wù)，顯然達(dá)不到《水泥行業(yè)準(zhǔn)入條件》中脫除NOx效率60%的要求。
蔡玉良表示之所以強(qiáng)調(diào)分級(jí)燃燒技術(shù)的應(yīng)用，是因?yàn)榉旨?jí)燃燒技術(shù)解決40%左右NOx的脫出問題，不需要化太多成本，僅有少量的設(shè)備改動(dòng)成本，但分級(jí)燃燒對(duì)系統(tǒng)的操作要求比較高，尤其對(duì)窯尾的氧含量控制要在0.8%左右，通過改變窯尾分解底的噴煤方式，以改變?nèi)紵齾^(qū)域環(huán)境氣氛，實(shí)現(xiàn)40%左右的脫硝目的。如果不采用分級(jí)燃燒，全部采用SNCR噴氨方式，會(huì)增加脫硝運(yùn)行的成本，相比，一噸水泥熟料成本要增加4~5元甚至更多，在當(dāng)前水泥企業(yè)本身利潤不多的情況下，單純采用SNCR脫硝將大大降低企業(yè)的市場競爭力，企業(yè)難于承受，在監(jiān)管不嚴(yán)的情況下，SNCR將會(huì)很快成為擺設(shè)。除此之外，低NOx燃燒器的應(yīng)用也應(yīng)成為水泥企業(yè)選擇使用的技術(shù)措施之一。
因此，蔡玉良認(rèn)為水泥企業(yè)不應(yīng)拒絕分級(jí)燃燒技術(shù)和低氮燃燒器的應(yīng)用，在可能的情況下，必須優(yōu)先選用分級(jí)燃燒技術(shù)和低氮燃燒器，以降低系統(tǒng)的NOx基數(shù)，如果上述技術(shù)難于達(dá)到控制的目標(biāo)要求，再采用SNCR噴氨技術(shù)進(jìn)一步處理。這樣就能保證水泥生產(chǎn)企業(yè)在脫氮上有效性，而且運(yùn)行成本低；如果直接上SNCR噴氨技術(shù)系統(tǒng)，運(yùn)行成本太高，很有可能企業(yè)今天上了系統(tǒng)，到后來就不運(yùn)行了。
蔡玉良認(rèn)為，目前SCR技術(shù)應(yīng)用于中國水泥企業(yè)暫時(shí)尚不合適，除非開發(fā)出能夠滿足低溫（80℃~120℃）操作要求的催化劑。其主要原因在于：一方面：現(xiàn)有SCR技術(shù)（用于SCR催化劑產(chǎn)品）的催化劑有效工作溫度窗口約300多度，同時(shí)還需要相對(duì)“干凈”的煙氣，以防止催化劑失效或中毒，而水泥廠的煙氣300℃的情況下，其含塵濃度高達(dá)80~120g/Nm3，如此高的粉塵濃度，極易導(dǎo)致催化劑功能失效或中毒，。另一方面，目前大部分水泥生產(chǎn)線都建有余熱發(fā)電裝置，無論實(shí)施的空間和條件均不能夠滿足實(shí)施SCR技術(shù)的要求。不僅如此，即使能夠使用，其投資和運(yùn)行費(fèi)用均較高。[Page]
水泥窯協(xié)同處置生活垃圾的技術(shù)已經(jīng)成熟，鼓勵(lì)政策和監(jiān)管體系應(yīng)該進(jìn)一步補(bǔ)充完善
今年4月底，中材國際在江蘇溧陽建設(shè)的水泥窯無害化協(xié)同處置450噸/日生活垃圾示范線項(xiàng)目進(jìn)入調(diào)試期，到目前已經(jīng)過去了半年多時(shí)間。蔡玉良告訴記者，該示范線可日處理500噸城市生活垃圾，年處理總量為18.25萬噸，由中國中材國際工程股份有限公司（預(yù)處理車間）和新疆天山水泥股份有限公司（水泥廠接納部分）分別出資承擔(dān)建設(shè)并聯(lián)合運(yùn)營管理。
在半年多的調(diào)試期中，遇到了各種各樣的困難。譬如季節(jié)變化因素，導(dǎo)致垃圾狀態(tài)變化對(duì)設(shè)備影響很大；垃圾種類復(fù)雜，包括農(nóng)村垃圾（藤狀農(nóng)作物）、城市垃圾、工業(yè)垃圾等，使處理難度增加；新設(shè)計(jì)的設(shè)備在實(shí)際應(yīng)用上遇了一些問題，而每個(gè)問題的解決均需要一定的時(shí)間。蔡玉良表示，盡管在實(shí)際運(yùn)用中隨著季節(jié)時(shí)間的變化，所遇到的問題，均努力得到了有效地解決。不容置疑水泥窯無害化協(xié)同處置生活垃圾技術(shù)已經(jīng)非常成熟。
“今天控制的是未來的東西”， 蔡玉良表示水泥窯協(xié)同處置生活垃圾是好的，但是也要對(duì)其進(jìn)行嚴(yán)格的污染監(jiān)控，避免造成二次污染。盡管國內(nèi)水泥窯協(xié)同處置城市生活垃圾方面技術(shù)已經(jīng)比較成熟，但是蔡玉良告訴記者目前國內(nèi)對(duì)其的環(huán)保監(jiān)控方面相比國外還是有較大差距，國外水泥窯協(xié)同處置監(jiān)控指標(biāo)非常多（多達(dá)12種之多），粉塵、SOx、NOx、CO、氨、甲烷、VOC（揮發(fā)性有機(jī)化合物）、苯類化合物、汞等在線監(jiān)測指標(biāo)和定期檢測分析的指標(biāo)為：二惡英、重金屬等非在線監(jiān)控指標(biāo)。
此外，水泥廠不僅可以生產(chǎn)水泥，還可以處理各類廢棄物（危廢、生活垃圾、污泥、有機(jī)溶劑等）、另外，自身也有一些資源等待開發(fā)和挖掘利用。目前比較成功的是余熱利用，除此之外，廢氣中的一些氣體也可以回收利用。例如二氧化碳，可以收集用于合成納米級(jí)無機(jī)鹽填充材料，還可以利用生物吸收生成生物能源等，同時(shí)還可達(dá)到減排的目的以前之所以都沒有利用起來，是因?yàn)楣I(yè)體系不完整沒有鏈接起來，很多產(chǎn)業(yè)鏈斷掉了，比如氯堿工業(yè)，在生產(chǎn)中會(huì)產(chǎn)生大量的電石渣（氫氧化鈣），以前大多堆放無用，現(xiàn)在產(chǎn)業(yè)鏈接起來了，可以把電石渣（氫氧化鈣）用作脫硫劑、生產(chǎn)水泥，還可以利用來合成納米碳酸鈣微粉，納米碳酸鈣微粉用處很多，在造紙、涂料、油漆、pvc塑料、電線絕緣皮、甚至牙膏等行業(yè)均較廣泛的應(yīng)用。
為了能夠讓更多的水泥生產(chǎn)企業(yè)積極地參與社會(huì)污染物的控制和處理，提高水泥生產(chǎn)系統(tǒng)對(duì)污染物的處理能力，國家應(yīng)該在此方面出臺(tái)相應(yīng)的鼓勵(lì)政策，并保證水泥企業(yè)能夠長期積極有效地處置廢棄物，同時(shí)，為了滿足環(huán)保控制要求，必