技术简介
该技术以《水泥工业大气污染物排放标准》(GB4915--2013)为标准，降低6000t/d窑氮氧化物排放量，使之达到国家新排放标准要求。通过脱硝一体化集成技术开发和应用，主要包含应用低碳燃烧器、开发应用热碳还原分级燃烧技术、采用选择性非催化还原SNCR氨水脱硝，加强工艺过程各工艺参数与窑工况调整、还原剂、催化剂的剂量控制，使烟尘废气氮氧化物含量降至300mg/Nm3以下、脱硝率达到60%以上，达到低运行成本脱销的目的。
创新点
开发并应用热碳还原分级燃烧技术。对三次风管进行分风，对分解炉进行分级燃烧改造，然后在入窑生料中添加催化剂，采用SCC炉内热碳还原燃烧控制技术，来抑制燃料型NOx的生成，同时由于主燃区燃烧不完全，降低了热力型NOx的生成量。
(1)充分研究脱硝机理，结合生产实际情况，在水泥脱硝领域开发了SCC热碳还原炉内燃烧控制技术，走出了水泥窑脱硝传统方案SNCR和SCR技术。
(2)在分解炉内形成还原燃烧区，将原分解炉用煤(添加适当的催化改性材料)均匀喷射至该区域内，使其缺氧燃烧(空气过剩系数小于1)以便产生CO等还原性气体，与窑尾烟气中的NOx发生反应，将NOx还原成N2。
(3)煤粉在缺氧条件下燃烧，抑制了自身燃料型NOx产生，从而实现水泥生产过程中的NOx减排。
(4)SCC热碳还原炉内燃烧控制技术与新型低氮节能型燃烧器配合使用，使脱硝效率得到有效提高。
(5)投资成本和运行成本低。相对于SNCR和SCR的投资成本和较高的运行维护成本，SCC投资成本非常低廉，仅需对分解炉系统进行分级改造和催化剂加装系统改造，相对于SNCRSCR的运行成本更有不可比拟的优势。
技术详情
立项时技术状况：公司6000t/d熟料生产线，于2007年7月投产，为合肥院设计，是使用半离线式PSMC分解炉的新型干法回转窑。自2007年投产以来，窑尾在线监测数据NOx浓度显示在650—750mg/m3之间。而水泥行业国家新标准《水泥工业大气污染物排放标准》GB4915-2013于2013年12月27日正式发布，要求2015年7月1日起NOx排放限值为400mg/m3，重点地区排放限值为320mg/Nm3。如果达不到排放标准，企业面临直接关停的命运，环保形势日益严峻。
为此，公司专门组织相关人员出去考察，然后根据公司技术状况进行多次专题分析，认为公司解决脱氮问题在SNCR氨水脱硝技术上完全行得通，可以达到国家要求的最新环保标准，但主要问题有两个：
1、氨水成本较高。按目前20%浓度氨水价格为700元/吨测算，我公司吨熟料氨水成本可达4.5元甚至更高。同时随着水泥企业均采用氨水脱硝之后，氨水成本会大幅上涨，以后熟料在脱硝方面成本会更高。
2、氨水烟气脱硝并不是解决污染之本，为权宜之计。氨水烟气脱硝水泥行业氨水脱硝为暂时之举，它加大加重了上游氨水生产企业的污染，实为污染转嫁之嫌，并非长久之计。国家新标准出台后，目前水泥行业脱硝全部靠氨水脱销才能达标，而全国水泥企业熟料产能超过22亿吨，一年水泥企业仅氨水就需要100亿吨以上，而氨水属于易挥发物品，在制氨过程中，化工企业造成大量污染;同时在运输、卸料过程中同样存在氨逃逸，造成大气污染;还加大了对农业用氨的竞争，实在为得不偿失。
结合脱硝技术的实际技术状况和公司的实际运营情况，在降本增效、节能减排的原则上对上述问题进行探讨，经过不断查阅资料，与环保相关人士探讨、到已做脱硝企业做相关考察，对脱硝改造形成以下共识：
(1)利用公司更换新燃烧器的契机更换新型低氮节能型燃烧器。
我公司原燃烧器为皮拉德公司皮拉德四代燃烧器，已达到使用后期，燃烧器端部发生磨损严重，火焰分叉，活力强度低，调节手段单一，且一次风量相对较大。在2012年到2013年曾两次扫窑砖。根据燃烧器使用情况，我公司决定更换国内某公司新型低氮节能燃烧器。
2014年元月，我公司把原有皮拉得燃烧器更换为新型低氮节能燃烧器。更换后每小时可直接少用16884m3冷空气，一次风用量由之前的9%降低至约6%，一次风量降低，提高了二次风用量，降低了煤耗，缩短了煤粉预热、挥发分析出和燃烧时间，减少了燃料型NOx的生成;同时由于高压力、高动量、大速差、强回流、低风量。富氧量少、避免窑内产生峰值高温，有效的降低了热力型NOx的生成。
更换后，NOx由之前的750mg/m3下降至600--650mg/m3，下降幅度大约在15%左右，但是如果在生料易烧性变好且幅度大或者窑况明显增强时，脱氮效果不明显。
(2)分级燃烧改造和SCC炉内热碳还原技术的开发和应用。
2013年年底，通过相关技术人员的不断研究和对现场考察测量，形成了可行性技术方案，在2014年2月对6000t/线系统进行了分风改造和热碳催化剂加装装置改造。原理为：在分解炉内形成还原燃烧区，将原分解炉用煤(添加适当的催化改性材料)均匀喷射至该区域内，使其缺氧燃烧(空气过剩系数小于1)以便产生CO等还原性气体，与窑尾烟气中的NOx发生反应，将NOx还原成N2。其主要反应如下：
C+2NO→CO2+N2C+NO2→CO2+1/2N2
CO+NO→CO2+1/2N2CO+NO2→CO2+1/2N2+1/2O2
煤粉在缺氧条件下燃烧也抑制了自身燃料型NOx产生，从而实现水泥生产过程中的NOx减排。
在进行分风改造和热碳催化剂加装装置改造完成后，进行了多次实验。首先，进行了分级燃烧实验。第一步：先执行分风不分煤，调试开始打开补风管道闸板，先打开20cm(调试前东侧29cm，西侧26cm)，除煤外暂不允许调整其他主要参数，2小时后闸板再逐步以10cm/两小时幅度调整，补风管闸板调整至40cm时，开始第二步，执行同步分煤分风，确保分风大于分煤。补风管道闸板打开40cm后10分钟打开MC锥部煤粉调整阀，开15%，除煤外暂不允许调整其他主要参数，闸板以10cm/两小时的频率调整，煤粉调整蝶阀开5%/两小时的频率幅度调整。调整中：脱氮闸板调整上限为0.9米，煤粉蝶阀调整上限为30%。主燃区燃料占到85—95%，再燃区供5—15%燃料。主三次风占三次风总量的75—95%，燃尽风占三次风总量的5—25%。
分级燃烧实验结束后，我们接着进行了SCC炉内热碳还原实验：第一步：根据窑况和氮氧化物浓度情况，打开补风管道闸板，补风管打开20cm，在78米斗提尾部加催化剂开始加装速度为500kg/小时，要求匀速加装。除尾煤外暂稳定其他主要参数，密切观察窑况变化，稳定一个小时后，闸板逐步以5cm/半小时幅度调整，补风管闸板调整至30cm，根据窑况和氮氧化物浓度情况，稳定2小时开始执行下一步。第二步，补风闸板稳定至30cm，催化剂加装速度调整为750kg/小时，要求匀速加装。补风管闸板暂不调整，逐步以250kg/小时增量加装催化剂，催化剂加装上限为1000kg/小时。实验效果整体良好，详见下页表格(4月8日SCC炉内热碳还原实验)。
公司进行了多次实验，在生产中应用一年以上，效果良好，通过在运行中找出了以下规律：
第一、分级燃烧基本脱硝效率在20%，且分风不能过大，在PSMC分解炉窑型中，分风基本在5—15%之间较为适宜，在此期间，对窑的煅烧影响较小，分风分级燃烧脱氮效率在20%左右。
第二、SCC炉内热碳还原，在工况稳定的条件下，脱硝效率可达到40-60%，催化剂掺加量为吨熟料2kg左右。脱硝成本在1.2—1.6元/吨熟料，吨熟料成本较低。催化剂必须在分解炉内形成一定的还原气氛，要求中控操作员在窑炉用风上及窑系统操作上做到精细化。
下图为实验数据：
(3)SNCR氨水脱硝
为了预防在窑况不稳定时Nox的浓度超标，公司同步进行了SNCR氨水脱硝工程建设，选择性非催化还原(SNCR)技术，氨水作为还原剂。做为水泥热烟气脱氮的最后屏障。
综合来看，6000t/d水泥窑脱硝一体化集成技术的核心在于分级燃烧改造SCC热碳还原技术的开发和应用，SCC热碳还原炉内燃烧控制技术与传统的SCR、SNCR技术由很大的不同，它的优势在于：
第一、成本较低，相对于SNCR吨熟料3～8元、SCR10～20甚至更高的成本有不可比拟的优势。
第二、投资成本较低，运行相对可靠，运行维护成本较低。相对于SNCR和SCR一两百万到上千万的投资成本和较高的运行维护成本，SCC投资成本非常低廉，仅需对分解炉系统进行分级改造和催化剂加装系统改造，投资成本在五十万以内。
第三、与SCR催化剂相比，此催化剂能改善物料易烧性。
实际应用情况
目前，公司新型低氮节能型燃烧器使用良好，SCC热碳还原炉内燃烧控制技术也正在使用当中，使用效果良好，烟尘尾气氮氧化物含量降至300mg/Nm3以下，目前，运营成本在1.5元左右，随着大规模的推广应用，实际运营成本应该有还有下降空间。在回转窑波动较大、窑况不稳定时，启动SNCR氨水脱硝运营模式，恢复正常时，停用氨水，继续投运SCC热碳还原炉内燃烧控制技术。
项目投资290万回，收期约半年。
计算依据：
使用SCC技术比SNCR技术吨熟料可降低3元，2014年我公司6000t/d熟料产量150万吨，2015年1—4月份50万吨，故SCC可节约成本：
2014年可节约成本：3元/吨*150万吨=450万元。
2015年1—4月份可节约成本：3元/吨*50万吨=150万元。
扣除低氮节能燃烧器更换改造118万元、分级燃烧改造SCC热碳还原催化剂加装改造32万元，SNCR氨水脱硝投资改造140万元万元，而其它脱硝改进措施属于内部挖潜，没有直接产生相关费用，故累计产生效益为：
450万+150万-118万-32万-140万=310万元。
原标题：6000t/d水泥窑脱硝一体化集成技术的开发与应用
