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中科院工程熱物理所在水泥窯爐低氮脫硝技術研發中獲進展

中科院工程熱物理研究所 · 2020-12-04 14:26

近日，中科院先導專項水泥窯爐低NOx關鍵技術與示范課題寧夏勝金2500t/d水泥窯爐示范工程實現試運行并進行了第三方測試，在SNCR正常投運條件下，水泥窯爐NOx排放低至80mg/m³。研究所項目團隊在流態化燃燒氮氧化物控制技術的基礎上，提出了水泥窯爐NOx原位還原工藝，突破了水泥窯爐原位還原脫硝技術、還原爐/分解爐耦合技術等關鍵技術，形成了水泥窯爐低氮脫硝技術并成功在該示范工程中應用，與不匹配低氮脫硝技術相比，NOx排放進一步降低60%以上。項目團隊已于今年6月實現了該示范工程的穩定運行，經過不斷優化完善，本次調試結果相較于前一次在NOx還原效果和運行連續穩定性上有顯著提升。該示范工程對我國燃煤水泥窯爐低氨甚至無氨脫硝技術領域具有重要意義。

我國水泥工業氮氧化物排放量占到全國排放總量的10%以上，對環境影響非常突出。目前，我國水泥工業NOx排放國家標準限值為400mg/m³，重點地區不超過320mg/m³，但是隨著環保政策日趨收緊，越來越多的地方政府制定了比國標更為嚴苛的排放標準，尤其是山東、河北、河南、寧夏以及江浙等地區，NOx排放標準提升至100mg/m³，傳統脫硝技術已經難以直接滿足當前水泥工業超低排放的環保要求。

中國科學院工程熱物理研究所在中科院A類潔凈能源戰略性先導專項支持下，系統研究了水泥窯爐條件下煤粉、半焦與熱解氣對NOx的不同還原特性及相關機理。獲得了煤粉對NOx均相、異相還原機理，揭示了水泥生料對于促進焦炭異相還原的機理，獲得了溫度與氧氣濃度等關鍵參數對NOx還原特性的影響機理。在此基礎上提出并開發了適用于燃煤水泥窯爐的低氮脫硝技術。該技術通過煤粉原位還原實現燃料氮的預脫除，部分燃料氮定向轉化為氮氣，同時生成具有較強還原性的高溫半焦-煤氣，進入分解爐后通過均相及異相還原反應將回轉窯產生的高濃度NOx還原成N₂。項目團隊在1t/d和3t/d水泥生料分解過程低NOx控制中試試驗中積累了大量的研究數據，為該示范工程的建設和運行提供了技術原理和數據支撐。

水泥窯爐低氮脫硝技術通過對現有水泥工藝的優化實現NOx減排，突破了水泥窯爐現有脫硝技術面臨的氮還原轉化率限制等瓶頸問題，是一種有效減少NOx排放的綜合控制技術，在脫硝效率、環境兼容性、以及投資運行成本等方面顯示出了較強的優越性，有望使水泥窯爐擺脫對氨水的依賴，解決現有脫硝技術面臨的效率和環保兩難的問題。下一步項目團隊將繼續對示范工程進行優化以期實現無氨更低NOx排放，并積極推進該技術的廣泛工程應用，為解決困擾我國水泥行業發展的瓶頸問題貢獻中科院智慧力量。