中晶环境水泥行业超低改造整体解决方案

一、水泥行业现状与产业政策

随着我国经济的快速发展，对能源的消耗日益增大，而在能源的转化和利用方面，由于技术水平发展不平衡、生产效率低下，引起了烟尘、酸雨、温室效应、臭氧层破坏等污染现象的发生，大气污染现象日益严重。水泥行业是煤炭资源消耗大户，NOx产生量占排放总量的5-10%。

水泥生产过程中的水泥煅烧系统是最重要的大气污染物排放源，其尾气量占全厂废气量70％左右，产生的污染物除有大量粉尘外，还生成氮氧化物(NOx)、二氧化硫(SO2)、氟化物等有害气体和汞及其化合物。水泥行业是继电力、钢铁之后的NOx第三大排放源，年排放量在200万吨左右，约占全国NOx排放总量的10%，是造成环境污染的主要元凶之一。

近年来，国家和地方政府颁布了一系列的法律法规，“十四五” 规划中对氮氧化物排放均作了严格要求。部分地区排放要求如下：

同时，企业绩效分级指标中对A级企业明确规定：PM≤10mg/m³， SO2≤35mg/m³，NOx≤50 mg/m³, 氨逃逸≤5mg/m³，并要求每吨熟料氨水消耗量小于4kg。此要求延续了国家对火电、钢铁等行业越来越严格的趋势，同时增加了对氨逃逸的要求。

二、目前水泥生产线常规脱硝技术方案

水泥工业二氧化硫排放在全国排放量中占比一直较低，窑尾烟气中二氧化硫的排放浓度一般为10mg／Nm³以内。目前市场上多种脱硫工艺比较成熟，二氧化硫排放很容易达到超净水平。氮氧化物和氨逃逸则成为水泥行业的治理重点与难点。

水泥生产过程中产生的NOX主要成分为NO和NO2(NO约占95%)，其来源主要有两个：在温度区间为500℃~1500℃时，分解炉和回转窑中产生燃料型NOX，大约占全部NOX的75％~95％，温度大于1200℃时在回转窑内生成热力型NOX。

水泥行业常规脱硝技术有低氮燃烧器/分级燃烧脱硝技术（源头控制方式）、SNCR脱硝技术（过程控制方式）和SCR脱硝技术（末端治理方式）。

其中低氮燃烧器/分级燃烧脱硝技术+SNCR技术是目前普遍应用的技术。SNCR技术是目前水泥行业最成熟、采用最多的末端治理技术，优点是投资少、装置简单、过程中无需使用催化剂，但是也存在自己的不足，其脱除效率较低、对烟气温度的要求高、气凝胶容易造成设备腐蚀、较难实现NOX的超低排放，并且在SNCR系统中，氨的喷入量很大，造成下游氨的浓度非常高，以至于产生氨逃逸的现象，直接导致了二次污染。

三、中晶环境公司介绍

中晶环境成立于2006年，注册资金11989万元，总部位于北京经济技术开发区，是节能环保领域的国家高新技术企业。公司一直秉持循环经济的理念，以技术创新为公司驱动力，目前在气、水、固废等污染物治理方面累计申请专利500多项。现有26家子公司，涉及钢铁、水泥、焦化、电力等行业环保治理领域的工程和运营服务。

2020年，中晶环境被国家工信部认定为“专精特新小巨人企业”，并荣获“中国环境科学学会环境保护科学技术奖一等奖”、“国家工信部知识产权运用试点单位”、“北京市知识产权示范单位”等荣誉。中晶环境拥有脱硫脱硝专利515项，排名中国第一全球第六，同时在非电行业运营规模方面连续两年位居第一。

四、中晶环境水泥行业超低改造整体解决方案

（一）水泥行业综合治理需求与痛点

目前源头控制（低氮燃烧器、分级燃烧改造）+过程控制（SNCR喷氨）等方式不足以同时满足NOx不大于50mg/Nm³的超低排放指标，吨熟料氨消耗量超标，氨逃逸超标，也无法满足VOCs、二噁英、汞、氟等多种污染物协同治理。

（二）工艺介绍

1. 喜多(SIOD)离子发生器

1.1 喜多(SIOD)离子发生器脱硝工艺

根据现有环保政策逐步加严，氮氧化物排放指标由≤100mg/m³，逐步变成≤50mg/m³。2019年唐山对水泥行业提出超低排放的要求，要求氮氧化物的排放不高于50mg/m³，该标准具有风向性意义。2017年钢铁行业提出超低排放的要求，也是从唐山区域逐步向全国推开。

现在通过分级燃烧、低氮燃烧等前端改造工艺，一般可实现氮氧化物≤200mg/m³的要求，通过加装SNCR(喷头改造、喷入点选择、热标定校准等)一般可实现NOx≤（70—100）。但如果要求氮氧化物不高于50mg/m³，多数企业存在过量喷氨的情况。如果窑线生产能力≤2500t/d，未来3-5年内存在淘汰风险，过千万的投资和回报比不是太匹配。此种情况下我公司的喜多离子发生器工艺比较合适。

喜多（SIOD）是由中晶环境独立开发具有多项自主知识产权的一种离子气态选择性脱硝工艺技术。通常布置在高温风机后端，可在80~250℃烟温下实现高效脱硝、脱硫等多种污染物的协同治理。

其技术原理是通过几种简单化学物质发生反应生成一种具有氧化性的气体物质，并在脉冲低电压的作用下产生电离离子。该离子具有强氧化作用，然后用空气稀释至一定比例并通过鼓风机送入烟道与烟气混合。该离子与烟气接触后，将NO氧化为高价位氮氧化物，该离子对于NO和SO2的氧化有选择性，其先氧化NO，过量后才会氧化SO2，所以通过控制摩尔比，可控制该离子只氧化NO而不氧化SO2。被氧化的NO变为高价位氮氧化物后被后面喷入的还原剂还原，因此利用该离子发生器可以实现NO的超净排放。

1.2 喜多（SIOD）离子发生器技术特点

1.2.1 无氨脱硝：拒绝氨逃逸、更环保、更安全、更健康；

1.2.2 轻松应对指标提升，不折腾；

1.2.3 占地小，改造工程量低，建设周期短；

1.2.4 工程投资低。

2. 中晶SCR脱硝技术

2.1 SCR脱硝工艺

SCR脱硝技术是全世界应用最成熟的高效脱硝技术，广泛应用于燃煤锅炉、冶金行业和各类工业炉窑烟气的减排治理，脱硝效率可达90%以上，NOx排放浓度可处理至50mg/Nm³，满足超低排放的环保要求，被普遍认为是最高效可靠的深度脱硝技术。

SCR（Selective Catalytic Reduction ）即选择性催化还原技术。其脱硝原理为：在催化剂的作用下，向温度约280-400℃的烟气中喷入氨，在催化剂的作用下，选择性的将NOx还原成N2和H2O 。

根据水泥生产线工艺特点，SCR脱硝主要分为高温SCR、中温SCR和低温SCR。其中低温SCR对生产线无影响，但目前低温催化剂还尚在研发中，不成熟；中温催化剂受生产线SO2高、生成ABS胶、脱硝效率的影响，应用受限。具体工艺对比如下：

2.2 中晶SCR脱硝技术路线特点

2.2.1 催化剂特点

2.2.1.1 优化催化剂设计，增加硬化端长度

采用大节距催化剂，同时提升烟气流通提高催化剂内壁光滑度，减少烟气流通阻力，减缓催化剂落灰。增加硬化端长度以及优化强化液配方和工艺提高硬化端强度方式来减缓催化剂端部磨损，提升催化剂耐磨性能。

2.2.1.2 增加催化剂表面酸性

通过筛选复配，以及加工方式的优化，比例调整等一系列工作，成功选取了合适的助催化剂，提高了脱硝催化剂整体酸位，增加了氨的吸附位点和碱金属抗性，从而提高了碱金属的容量。

2.2.1.3 添加抗碱金属助剂

碱金属与催化剂的活性中心酸位作用，为了避免催化剂失活或者降低催化剂失活速率，要降低碱金属与活性中心酸位的接触，增加碱金属与活性中心接触的能垒和采用活性更高更易与碱金属发生反应的助剂。可以在二氧化钛上分散性好同时具有一定空间位阻的助剂，使得碱金属不易与催化剂发生反应。同时为减少碱金属在催化剂表面的富集，在运行过程中，应对催化剂及时清灰。

2.2.2 脱硝反应塔

借助CFD流体仿真模拟，对反应塔流场情况进行模拟和分析，以论证方案的可行性，并保证导流均布板能够有效的将烟气均布，流场均匀、稳定。

2.2.3 清灰系统

2.2.3.1 声波清灰器

声波在积灰的空间里传播并循环作用，细小的灰粉吸收声能并随声波的作用产生“振动”，对灰粉之间及灰粉与设备表面间的附着力进行减弱和破坏，从而起到清灰的作用。

2.2.3.1 耙式清灰器

耙式清灰系统主要是利用压缩空气将SCR催化剂表面粉尘吹起，使粉尘顺着烟气气流带走。在每层催化剂层的上方安装耙式清灰器，利用压缩空气或高压蒸汽，对催化剂进行喷吹。

3. 禧德^Ⓡ工艺

3.1 禧德Ⓡ工艺介绍

禧德Ⓡ工艺是中晶环境独立开发具有多项自主知识产权的工艺技术。该技术是利用中晶研制的MⓇ系列脱除剂对烟气进行脱硫脱硝，并对VOCs、二噁英、汞、氟等多种污染物可实现协同治理的综合烟气治理技术。

3.2 技术原理

禧德Ⓡ工艺的核心技术包括禧德反应床技术和MⓇ系列脱除剂两大部分。禧德反应床技术的原理是将烟气通入活动床内，使烟气分别低速均匀的通过脱硝物料床层和除氨物料床层，烟气中的氮氧化物、氨及其他污染物与MⓇ系列脱除剂充分接触并吸收反应，净化后的烟气直接排放。MⓇ系列脱除剂随着反应逐渐饱和，从反应床底部排出饱和物料，床顶部补充新鲜物料，保证出口排放稳定达标。

3.3 MⓇ系列材料

MⓇ系列材料包含M1脱硫剂、M2脱硝剂、M3脱硫脱硝剂和M4脱氨剂。MⓇ系列脱除剂是由专利配方的多孔吸附+催化剂材料复合制备而成，使其能够匹配多种工况条件，可应用于回转窑、加热炉、热风炉、煤气炉、锅炉、高炉等常规设备的烟气脱硫脱硝脱氨。相较于传统的脱硫脱硝剂，其在实现近零排放的同时，吸附容量更大、强度更高、耐久性与持久性更好，且在安全性、稳定性、可资源化利用等方面都具有更明显的优势。

3.4工艺流程

禧德Ⓡ反应床烟气治理技术（FGD）可在低温环境下实现高效的无氨脱硝治理。反应床装置通常布置在窑尾除尘装置后端，分为对流工艺/错流工艺两种形式，可根据回转窑烟气量的大小进行灵活适配。来自布袋除尘器的废烟气进入反应床后，水平/垂直穿过吸收剂料层（单侧两层反应区，单层料厚900cm)，吸收剂与烟气中的氮氧化物、氨气发生物理吸附及化学反应，从而达到脱硝、除氨的目的，最后通过引风机进入原烟囱排放。

饱和的吸收剂由吸收塔底部排出，此时顶部备用仓的新鲜吸收剂补充至反应床内，使吸收剂始终充满反应床，保证吸收剂能够与烟气实现不间断的充分反应。另外，反应床中的吸收剂从上往下移动，即保持反应床上部的吸收剂为最新的，经使用一段时间后去往吸收塔下部。