2025年6月26-28日，備受業內矚目的第七屆替代燃料與固廢建材資源化技術交流大會將在南京工業大學召開，會議以“多行業協同利廢，綠色低碳創新發展”為主題，涉及工業固廢、農業固廢、建筑固廢、礦業固廢、市政固廢、危險廢物等的替代燃料及建材資源化利用開展技術交流與展覽展示，歡迎水泥同仁報名參會。

0?引言

近年來，隨著水泥行業在環保領域的升級發展，排放標準日益提高，氮氧化物減排問題一直困擾業內，氮氧化物排放治理可謂是當前水泥行業大氣污染物減排面臨的最大難題。目前，國內脫硝技術方案可以分為兩大類，一是過程控制，即低氮燃燒、分級燃燒等改造方案；二是末端治理，主要包括SNCR和SCR，在實際應用中部分企業也采用了過程控制加SNCR脫硝的模式，取得了良好的效果，但是要實現超低排放要求，SCR脫硝更具可行性也更具潛力。高溫SCR脫硝反應溫度一般為280~420℃，該工藝在火力發電行業的超低排放改造已得到全面應用并推廣，在有預熱器的新型干法熟料水泥生產線上，該溫度區間正好對應水泥窯尾預熱器C1筒廢氣出口的煙氣溫度，可以滿足SCR所需要的反應溫度窗口，但由于水泥窯粉塵相對燃煤電廠粉塵而言，粉塵濃度高、黏性強、堿金屬含量高、毒性大，催化劑的使用環境比傳統的火力發電行業要惡劣很多，若不采取針對性的技術措施解決，完全按燃煤電廠SCR的設計模式，必定導致SCR催化劑在短時間內的堵塞、磨損、中毒失效，從而導致項目整體失敗。

根據水泥窯生產情況，結合水泥窯尾C1出口煙氣特點，我司選擇的路線是高溫微塵的技術路線，即在水泥窯C1出口后布置一臺塵硝一體化設備對煙氣進行先除塵后脫硝，最后接回原煙道經余熱鍋爐及窯尾收塵后達標排放。該工藝從根本上解決催化劑堵塞、磨損、中毒的痛點。

本文以華潤水泥(長治)5000t/d新型干法爐窯高溫微塵SCR一體化技術的成功應用為例，介紹該項技術的技術原理、設計方案、實施效果，并對方案的應用技術經濟性做出分析。本文對今后同類新型干法爐窯的氮氧化物超低排放改造以及該技術在大型水泥爐窯上的推廣具有積極的參考和借鑒作用。

1?項目概況

1.1總體情況

根據長治市大氣污染防治工作領導小組辦公室《關于印發長治市工業爐窯專項整治實施方案的通知》要求，從2020年10月1日起，全市水泥行業顆粒物、二氧化硫、氮氧化物排放要達到超低排放限值，分別為10mg/Nm3、50mg/Nm3、100mg/Nm3；長治市人民政府辦公室文件《關于印發長治市打贏藍天保衛戰2020年決戰計劃的通知》要求，加強氨排放管控，采用SCR和SNCR工藝的脫硝設施全部安裝氨逃逸監控儀表，氨逃逸指標分別控制在2.5mg/Nm3、8mg/Nm3。華潤水泥(長治)有限公司現有分級燃燒及SNCR脫硝系統雖達到氮氧化物排放濃度低于100mg/Nm3的要求，但在生料磨停機時不能滿足氨逃逸≤8mg/m3的排放要求，且氨水耗量極大，運行成本高。為降低環保排放風險，履行社會環保責任，華潤水泥(長治)有限公司提出對系統實施SCR脫硝項目技改。

華潤水泥(長治)5000t/d新型干法爐窯為全國首個5000t/d水泥生產線采用高溫微塵SCR一體化技術的項目，該項目于2022年3月20日投運，項目投運后，各項指標優于合同技術指標要求，粉塵濃度≤10mg/Nm3，NOx≤35mg/Nm3，氨逃逸≤2.5mg/Nm3。且改造后，氨水耗量大大降低，節省了運行經濟費用。

1.2?改造前情況

本項目設計產能為5000t/d，實際產能為6000t/d，采用新型干法爐窯生產工藝，分解窯配置5級旋風筒，總體工藝流程見圖1。

改造前環保設施情況：脫硝采用SNCR技術，在窯尾預熱器C5出口及分解爐噴入氨水；C1出口出來的煙氣進SP爐，煙氣從SP爐出來后經高溫風機去生料磨、旋風分離器；出口煙氣最后進入布袋除塵器，除塵后經引風機由到煙囪排入大氣中。本項目未設置增濕塔，降溫采用管道增濕的方式。

本項目改造前突出問題表現在：一是NOx排放無法滿足50mg/Nm3的超低排放要求；二是氨水用量大，運行經濟性較差；三是氨逃逸超標。

改造提資參數如表1所示，改造后總體性能要求如表2所示。

1.3總體改造技術路線

目前水泥行業脫硝超低排放改造技術路線眾多，按SCR催化劑工作所處的煙溫和粉塵濃度場合，可分為高溫高塵、高溫中塵、高溫微塵、中溫中塵、低溫低塵等多種技術路線。

通過多方調研和論證，投資方認為高溫微塵SCR一體化技術是最適合本項目實際工況的，既能保證高溫SCR高效脫硝效率，又能最大程度上保護催化劑、防止催化劑中毒失效的成熟技術。本項目最終確定的高溫微塵SCR一體化技術路線工藝流程如圖2所示，本項目采用高溫微塵SCR塵硝一體化的技術路線。即在現有水泥窯預熱器C1出口與余熱鍋爐進口之間位置新建一套高溫微塵SCR塵硝一體設備，同時實現NOx和粉塵的治理。從水泥窯預熱器C1出口引出高溫高塵煙氣進入塵硝一體化設備，煙氣首先自上而下經過塵硝一體的進口喇叭和多孔板，通過自由沉降和機械作用實現預除塵，之后進入高溫電除塵器進行二級收塵，再經過高溫金屬濾袋進行三級收塵。經過三級高效收塵之后可將煙氣中的含塵量降到10mg/Nm3以下。低塵/微塵煙氣再自下而上流經設置在濾袋凈氣室頂部的SCR催化劑層(僅設置一層催化劑)，實現NOx的脫除，由于催化劑始終處于高溫微塵工作環境之下，活性和壽命得到有效保證，出口氮氧化物排放濃度可穩定在50mg/m3以下。

2?高溫微塵SCR脫硝一體化技術

2.1?技術開發背景

高溫SCR脫硝工藝在燃煤電廠上已成為一項成熟的技術，但在水泥生產線上直接應用將面臨著一些突出的問題，有效解決這些問題是高溫SCR脫硝在水泥行業應用中首先也是最為關鍵的前提條件。相對燃煤電廠，水泥窯煙塵具有如下特性：NOx含量高，為300~1300mg/Nm3；SO2含量差異大；粉塵含量高，C1出口含塵濃度80~130g/Nm3；粉塵粒徑小(小于10μm的顆粒約占75%)；粉塵中堿金屬氧化物CaO、K2O、?Na2O等含量高，其中CaO達到60%以上，粉塵黏性大。

可見，水泥窯應用高溫SCR脫硝催化劑，極易造成催化劑堵塞、磨損、中毒、失效；為防止催化劑堵塞，通常高溫高塵、高溫中塵技術需要采用低孔數例如13孔催化劑，加之水泥窯原始NOx濃度通常較高，勢必造成催化劑用量大大增加，從已實施的高溫高塵或高溫中塵SCR技術來看，通常SCR反應器設置了4+1層催化劑。盡管如此，在實際應用中，仍然造成了催化劑不同程度的物理破壞和化學失活，催化劑使用壽命通常低于設計值。且在實際應用中，為防止催化劑層的積灰堵塞，每層催化劑均配置了耙式吹灰器和聲波吹灰器，運行能耗極高。

針對水泥行業特殊工況，我公司開發出一種高溫微塵SCR脫硝一體化的技術，采用高效電除塵+金屬濾袋復合除塵進行高效除塵，保證進入SCR脫硝催化劑的粉塵濃度處于微塵(≤10mg/Nm3)，為催化劑的運行創造類似天然氣機組煙氣的微塵潔凈狀態。如此，一方面保證催化劑良好的工作狀態，大大延長催化劑的使用壽命；另一方面，潔凈環境為使用高孔數例如40孔、高比表面積催化劑創造條件，催化劑用量可大大減少，催化劑壽命長達5年以上。

2.2技術功能

高溫微塵SCR塵硝一體化設備，集高溫電除塵器、高溫金屬濾袋除塵器和高溫SCR脫硝反應器結構設計為一體，先除塵、后脫硝，實現煙氣高效治理。

2.3遠致環保高溫微塵SCR一體化結構特點

遠致環保自主開發的高溫微塵SCR一體化設備結構見圖3，其結構特點如下。

三級高效除塵：上進風進口喇叭、槽形板裝置進行物理沉降實現第一級除塵；設置一電場除塵實現第二級除塵，可降低后續袋區含塵濃度；且粉塵荷電后，可有效降低續金屬濾袋運行和清灰阻力；設置高溫金屬濾袋實現第三級高效除塵，有效保證粉塵超低排放。

高度一體化：高溫除塵和高溫SCR集中在一個反應器內，實現一體化；占地面積小。

微塵SCR、高孔數催化劑、單層催化劑：高溫SCR脫硝催化劑層置于金屬濾袋區凈氣室之上，處于微塵環境(≤10mg/Nm3)，可使用高孔數(40孔以上)催化劑，比表面積大，催化劑用量小，有效解決催化劑堵塞、磨損、中毒等不利因素。一般水泥爐窯煙氣SCR脫硝僅設置一層催化劑即可滿足超低排放要求，因此系統阻力低。

2.4?本工程改造設計參數

本工程高溫微塵SCR脫硝一體化設備設計參數如表3所示。

3?工程實施效果

高溫微塵SCR脫硝一體化投運后，各項指標均達到超低排放改造標準，運行指標如表4所示。

4?應用技術經濟性分析

4.1?技術應用優勢

與同類技術(高溫高塵SCR、高溫中塵SCR)相比，遠致環保高溫微塵SCR具有如下技術優勢：

(1)系統長期穩定、可靠運行

采用先除塵后脫硝工藝，催化劑長期處于接近無塵環境，催化劑不會因高濃度粉塵造成堵塞、磨損、中毒，因此催化劑始終處于高活性狀態，NOx排放、氨逃逸、氨水耗量長期穩定。

(2)催化劑用量少，壽命長，阻力低

本項目將高濃度粉塵收集后，無粉塵堵塞問題，因此可選用高孔數(30孔以上)催化劑，催化劑比表面積是傳統低孔數催化劑(13孔)比表面積的3倍，催化劑體積僅為高溫高塵或高溫微塵催化劑用量的1/3，僅需布置一層催化劑，危廢處理量少；催化劑壽命長達5年及以上，且催化劑處于低流速狀態，催化層阻力≤60Pa以內。

(3)荷載及結構安全可靠

除塵和SCR催化劑合二為一只設置一個箱體，設備可采用低位布置。布置靈活，可靠性和安全性較高。

(4)系統阻力小

采用高溫微塵SCR一體化設備，煙氣采用上進風上出風的方式，煙道流程較短、布置科學，且整體設備煙氣處于均流狀態，設備機械本體+煙道阻力≤200Pa，金屬濾袋采用高透氣低阻濾袋，且在金屬濾袋前面設置了輔助設備電除塵，進一步降低金屬濾袋阻力，袋區的阻力可長期穩定在600Pa以內。

(5)副反應小

高溫微塵SCR僅設置一層催化劑，相對于其他設置4+1層催化劑的高溫高塵或高溫中塵技術而言，其氧化率可控制在0.2%以下，不必擔心后端設備由于硫酸氫銨導致的不良運行故障。

4.2?應用經濟性

本項目采用高溫微塵SCR一體化技術進行提效改造后，經濟性分析包含運行費用的節省、直接運行費增加、壽命期內更新費用三方面。運行費用節省是指采用SCR脫硝后，由于NSR(氨氮摩爾比)較改造前的SNCR脫硝大幅度降低，氨水運行耗量也大幅度降低。經統計，本項目改造前氨水耗量為1230L/h(NOx控制在100mg/Nm3以內)，改造后耗量僅為530L/h，節省57%氨水耗量，僅氨水一項每年可節省消耗約400余萬元。直接運行費用包括高溫風機電耗、一體化設備電耗(含高壓電源、空壓機等)。需要說明的是，本項目在增設塵硝一體化設備的同時對原有普通高溫風機進行增容節能改造，高溫風機在克服新增阻力的同時由于風機效能的提高，風機實際運行電耗有所降低，給業主帶來了一定的節能效益。經測算，改造后，塵硝一體和風機可為業主可節省直接運行費約370萬元/年。

從全生命期角度出發，考慮催化劑和金屬濾袋壽命期的折攤費用，本項目實施改造后，每年可節省綜合運行費用200余萬元，按實際熟料產能5076t/d計算，每噸熟料可節省運行費用1.02元。可見，改造后，不但滿足污染物超低排放要求，還帶來一定的經濟效益。

5?結束語

高溫微塵一體化技術從根本上解決了水泥行業高粉塵濃度對催化劑的堵塞、磨損、中毒等一系列問題，在解決環保問題的同時，還帶來了一定的經濟效益。與傳統的SCR相比，實現了除塵脫硝一體化，顯著降低氨水使用量，大幅減少氨逃逸的同時，實現NOx排放濃度低于50mg/Nm3的超低排放。與其他SCR工藝路線相比，該項目技術集高溫電除塵器、金屬濾袋除塵器和SCR脫硝反應器設計為一體，通過機電袋三級復合除塵新技術，創新采用耐高溫金屬濾袋，保證煙氣進入脫硝系統前的粉塵濃度低，實現低塵工況下的高效脫硝，解決了SCR脫硝催化劑易堵塞、磨損、中毒、壽命短、氨逃逸大的問題，延長催化劑的使用壽命，降低運行成本。這一技術路線是目前氮氧化物超低排放有效途徑，具有全面推廣意義。

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