LCR脱硫脱硝脱氨除尘一体化技术在水泥行业的适用性

1.前言

据统计，2019年全年水泥产量约23.3亿吨，2019全年熟料产量约15.2亿吨，全国新型干法水泥生产线约1624多条，在水泥生产过程中，全国水泥窑氮氧化物排放量约200万吨，全国氮氧化物工业排放量约1600万吨，约占12-15%，是继电力行业、汽车尾气之后第三大氮氧化工业排放源。

新型干法水泥生产使用煤作为主要燃料，排放的烟气成分复杂，主要污染物有二氧化硫、氮氧化物、粉尘等，其中氮氧化物对人体危害极大，同时严重污染环境。2013年12月，国家环境保护局公布了GB4915-2013《水泥工业大气污染物排放标准》，NOx排放标准降至320mg/m³。2018年7月，国务院印发《打赢蓝天保卫战三年行动计划》(以下简称“计划”)，北京、河北、天津、山西、甘肃、宁夏、安徽、江苏等多地陆续出台地方行动计划，明确了各地的“作战目标”：包括水泥行业在内的各工业行业二氧化硫、氮氧化物、颗粒物和挥发性有机物实施特别排放限值改造。

河北印发《水泥工业大气污染物超低排放标准》。要求新建水泥企业自2020年5月1日起执行颗粒物、二氧化硫、氮氧化物的排放限值分别为10mg/Nm³、30mg/Nm³、100mg/Nm³，自2022年1月1日，氮氧化物的排放限值分别为50mg/m³；在原基础上新增加了脱硝系统氨逃逸率控制，排放限值为8mg/Nm³。2019年下半年河南省发布《水泥行业大气污染物排放标准》征求意见稿。要求2019年底前，河南全部水泥企业成超低排放改造，即颗粒物、二氧化硫和氮氧化物分别达到10、35和100mg/Nm³，到2021年，氮氧化物标准则升级为50mg/Nm³。《安徽省水泥工业大气污染物排放标准》属于强制性标准，于2020年4月1日起实施，《标准》规定，有组织排放的颗粒物、二氧化硫和氮氧化物分别为10、50、100mg/Nm³。湖南省和广东省超低排放标准出台也势在必行，预计要求2021年中部分水泥企业要达到超低要求。

从目前全国环保形势来看，水泥企业的二氧化硫、氮氧化物、氨以及颗粒物的排放要求会日趋严格，这就要求原来达不到标准的水泥企业进行全面的升级改造，通过烟气脱硫脱硝技术将二氧化硫、氮氧化物、氨控制到最低。

2.水泥行业烟气治理背景

目前水泥窑烟气脱硫技术以干法和湿法技术为主，技术比较成熟，烟气治理最大的难点是脱硝。

烟气脱硝按照治理工艺可以分为湿法和干法脱硝。具体工艺有酸吸收法、碱吸收法、选择性非催化还原SNCR、选择性催化还原SCR、液态催化还原LCR、吸附法（活性炭/活性焦）、臭氧氧化吸收法（部分省份已叫停该方法）、等离子体活化法、有机废气还有微生物净化法（利用微生物作用将氮氧化物转化为有机氮化合物）等。

水泥行业传统脱硝工艺主要有低氮分级燃烧、选择性非催化还原SNCR、选择性催化还原SCR。

低氮分级燃烧是前端处理，利用工艺手段从源头上降低NOx,脱硝效率是20-40%。

SNCR技术是一种不用催化剂，在850～1100℃的温度范围内，将含氨基的还原剂（如氨水，尿素溶液等）喷入炉内，将烟气中的NOx还原脱除，生成氮气和水，脱硝效率50-70%。其虽然成熟，但其脱硝效率低，氨逃逸严重，解决不了超低排放的问题；SNCR+无氨脱硝技术（低氮改造）联合使用，氮氧化物排放浓度最低可以达到小于100mg/Nm³，但氨逃逸超标，无法稳定运行。另外，SNCR 脱硝技术可能产生副反应。如对燃煤的品质有一定要求，一般情况下燃用高硫煤种，NH₃与燃煤产生的 SO₃ 反应，生成硫酸氢铵（NH₄HSO₄），堵塞或腐蚀下游设备。再者，为了追求更高脱硝效率喷入的过量氨会逃逸或被氧化生成新的氮氧化物，且大量过量氨水的喷入也存在较大的安全隐患。

SCR脱硝技术是在固体催化剂作用下，于300-400℃（180-280℃）的温度范围内，利用还原剂（如NH₃）与烟气中的NO_X 反应，将NO_X还原成N₂和H₂O，高温SCR脱硝效率90%，中低温SCR脱硝效率40-50%。鉴于水泥行业烟尘较多的行业特点，一般需要使用高温电除尘+SCR技术，这样虽然可以解决氮氧化物超低排放问题，但其投资成本高，电除尘器易短路结垢损伤催化剂（堵塞或中毒，更换会产生危险固废），同时运行不稳定、成本高、腐蚀系统等等这些问题给水泥行业的绿色发展带来很大障碍。

面对这样的行业现实，LCR脱硝技术在水泥行业的应用使得氮氧化物排放难题迎刃而解。相对传统的脱硝技术而言，LCR脱硝融合了吸收、催化还原等再生技术，可实现由氮氧化物变成H₂O和N₂，无二次污染，该技术具有中低温高效特点，氮氧化物排放最低可以降到10mg/Nm³以下，LCR同时可以做到脱硫脱硝脱氨除尘一体化，能同时实现水泥窑二氧化硫、氮氧化物、氨以及颗粒物的超低排放，其投资成本、运行成本较低。

3.水泥LCR脱硫脱硝除尘一体化技术应用

3.1 技术原理

脱硫工艺是采用石灰石-石膏法脱硫技术，生成的副产品是脱硫石膏，可以作为水泥生产的原料（水泥缓凝剂）；脱硝工艺采用LCR脱硝术，脱硝反应的主要产物有N₂、H₂O，无二次污染；除尘是采用高效除尘除雾器进行除尘除雾；以下重点介绍LCR脱硝技术原理。

LCR脱硝技术是针对烟气排放所含氮氧化物，使用高效脱硝塔进行整体治理，在15-200℃的温度范围内，高效脱硝塔利用液态脱硝剂的催化反应来达到处理氮氧化物，LCR脱硝融合了吸收、催化反应等技术，将氮氧化物变成H₂O和N₂，无二次污染，该技术具有中低温高效特点，脱硝效率95%以上，氮氧化物排放最低可以降到10mg/Nm³以下，同时可以脱硫脱硝除尘一体化，达到尘、硫、硝的超低排放，其投资成本、运行成本较低。

其反应过程如下：

1、2NO+LCR（H）=N₂+2H₂O

2、2NO₂+2LCR(H)=N₂+4H₂O

液态催化剂脱硝技术的原理如下：

流场及原理模拟示意图如下：

采用液态催化剂脱硝技术，排放物中的氮氧化物含量可从1000mg/m³下降至20mg/m³。

3.2 LCR一体化工艺流程

烟气经过原料磨废气风机后进入脱硫脱硝除尘一体化系统。

烟气进入脱硫脱硝塔的脱硫段，在吸收塔内烟气向上流动且被向下流动的循环浆液以逆流方式洗涤。在吸收塔中，石灰石与二氧化硫反应生成石膏，这部分石膏浆液通过石膏浆液泵排出，进入石膏脱水系统。

经过脱硫处理的烟气流经除雾器进入脱硝段，烟气自下而上，与来自循环泵的药剂接触并被去除NOx，废气通过高效脱硝塔时，与喷入的脱硝催化剂进行反应，将氮氧化物转化为N₂和H₂O。

在脱硫脱硝过程中，部分粉尘也将被捕捉下来，从而达到降低粉尘排放的目的，净化后的废气经高效除尘除雾器除尘除雾排入大气。

一体化工艺流程和效果图

3.3 LCR技术优势及应用

新一代 LCR脱硝技术的优势：无氨脱硝；没有氨逃逸、没有催化剂中毒、没有二次污染；末端处理、停机时间短；脱硝效率高，可达95%；投资、运营成本低；同时具备脱硫脱硝脱氨除尘超低排放功能。

LCR脱硝技术在光伏、半导体、建材、钢铁、电力、冶炼、等行业已经稳定可靠的成功运行多年。

目前，湖州某水泥有限公司生产线烟气脱硫脱硝除尘一体化项目（超低排放，出口二氧化硫≤35mg/Nm³,氮氧化物≤50mg/Nm³,出口粉尘≤5mg/Nm³）、河南某水泥有限公司水泥生产线烟气脱硫脱硝除尘一体化项目（超低排放，出口二氧化硫＜30mg/Nm³,氮氧化物＜50mg/Nm³,出口粉尘＜5mg/Nm³）都是利用LCR脱硝技术进行全面技改。

河南某水泥企业LCR脱硫脱硝脱氨除尘一体化应用项目效果图

4.结语

综上，水泥行业提标减排日趋严格。

传统脱硝技术存在着不可避免的弊端和风险：氨逃逸（SNCR、SCR）；氨腐蚀（SNCR、SCR）；催化剂中毒（SCR）；过程脱硝、建设期停机时间较长（分级燃烧、SCR）；脱硝效率低，不能达到超低排放（分级燃烧、SNCR）；运营成本高（SCR）。LCR技术的优势：无氨逃逸、无催化剂中毒、无二次污染；末端处理、停机时间短；脱硝效率高，可达95%；投资、运营成本低；同时具备脱硫脱硝脱氨除尘超低排放功能。

LCR脱硝技术完全满足严格的环保要求，可以脱硫脱硝脱氨除尘一体化，并且其投资运行成本较低，所以，随着环保要求的越来越严格，其优势更明显，竞争力更强。