贾华平：NOx超低排放之路 应该如何走？

6月30日，由中国水泥网主办的“第四届中国水泥超洁净排放技术交流大会”圆满落幕。会上，中国水泥网高级顾问贾华平带来《水泥窑秉持两把火优势 NOx超低排放之路应该如何走？》主题报告。

贾华平表示，今年，已有宁夏、浙江、河北、河南、海南、四川、山西等水泥大省及部分地区再次明确了自己的超低排放指标，有地区对氮氧化物的限值已严到50mg/Nm³以下。而NOx又是水泥行业超低排放的最大难题。

对于当前的脱硝技术，贾华平指出，目前的脱硝技术还不成熟，包括SCR还都是过渡措施。理想的脱硝措施应该是无氨、无有毒催化剂，而SCR投资巨大、运行成本高、催化硫酸氢铵的生成危害除尘和发电系统等，由此，SCR不是脱硝的终极措施而是水泥窑脱硝的一项过渡技术。

报告全文：

随着国家污染防治力度的不断加大， 特别是近年来治理雾霾的压力，以及水泥行业严重的产能过剩，各地方政府对国家的环保政策给予了积极响应，相继出台了自己的特别排放值实施计划，不但严格执行了国家的环保标准，而且因地制宜地制定了几近苛刻的地方标准，陆续形成了超低排放概念。

2020年06月10日，生态环境部下发了《关于在疫情防控常态化前提下积极服务落实“六保”任务，坚决打赢打好污染防治攻坚战的意见》在国家层面第一次明确了对水泥行业超低排放的要求。“意见”将“打好蓝天保卫战”上升到“打赢蓝天保卫战”，彰显出环保政策的日趋严苛。

今年，已有宁夏、浙江、河北、河南、海南、四川、山西等水泥大省及部分地区，再次明确了自己的超低排放指标，部分地区的排放指标如下表所示，对氮氧化物的限值，有的已严到50mg/Nm³以下。

严格的要求，是以可达的技术和可及的投资为支撑的，否则只能是一句空话。就超低排放控制的三个指标“颗粒物、二氧化硫、氮氧化物”来讲，覆盖所有企业的是颗粒物、氮氧化物，二氧化硫只是原燃材料含硫高或参与协同处置的部分企业问题。在粉尘治理上，超低排放已不存在技术难题，只是一个重视程度和环保投资问题；关于SO₂的排放，水泥窑本身就是很好的脱硫工艺，总体上也不是难题，只要给予一定的投入，采用相应的脱硫措施，还是能够实现的，无非也是一次性投资和运行成本问题。

水泥行业超低排放的最大难题是NOx，特别是含尘浓度与温度窗口的平衡问题，这与行业特点有关，仅管在各关联单位的共同努力下，目前已成型了多种脱硝措施，但都依然不尽理想。

在很大的压力面前，多数人不太冷静，容易产生“宁肯花大钱也要一次到位、一劳永逸” 的“情绪性投资” ，但我只能遗憾的提醒大家：目前的脱硝技术还不成熟，包括SCR还都是过渡措施，做不到一劳永逸！

SCR不是脱硝的终极措施

仅管SCR是目前效率最高的脱硝措施，但我们必须清醒的意识到它还存在一系列问题：

（1）SCR不仅投资巨大，

（2）SCR不仅运行成本高，

（3）而且会催化硫酸氢铵的生成，危害除尘和发电系统，

（4）而且其脱硝催化剂已被国家列入严控的危废，

（5）而且依然采用喷氨脱硝，氨逃逸的危害在所难免！

SCR依然不是水泥行业成熟的、理想的脱硝措施，理想的脱硝措施应该是：无氨、无有毒催化剂，SCR依然是水泥窑脱硝的一项过度技术。

信不信由你：南方某公司5000tpd线的SCR项目，在控制NOx排放80mg/Nm³的情况下，改造前的SNCR喷氨1500L/h左右，改造后SNCR降到了1000L/h左右，但SCR喷氨波动在400-600L/h之间，而且运行不太稳定。“SCR+SNCR”总的喷氨量几乎没有变化。

北方某公司5000tpd线的SCR项目，在控制NOx排放80mg/Nm³的情况下，改造前的SNCR与改造后SNCR+SCR对比：

氨水消耗量：由6kg/t熟料降到了4-5 kg/t熟料，

高温风机电耗：增加了4kwh/t熟料左右，

余热系统发电量：降低了1 kwh/t熟料左右。

这还只是早期的运行情况，随着时间推移，脱硝效率会不会进一步降低？系统阻力会不会进一步增大？锅炉清灰会不会越来越难？

所以说：SCR依然不是水泥行业成熟的、理想的脱硝措施，SCR依然是水泥窑脱硝的一项“过度” 技术，至少可以说：不成熟的SCR，是一项“过度” 技术。如果是“过度” 技术，在满足当前环保要求的情况下，就不该不惜血本的往里砸钱。

特别是，面对水泥窑秉持的两把火优势，本身就是很好的脱硝工艺，与其他燃煤行业相比，单位耗煤产生的NOx要低得多！如此，杀个小鸡，又何必花钱去买宰牛刀呢！

20210601河南生态环保厅公示了：河南省135家完成超低排放改造的水泥企业！这些超低排放企业采用SCR脱硝者，—— 少之又少，可谓凤毛麟角！

听听生态环境部的意见

那么，水泥行业的脱硝出路到底在哪里？我们眼前的路子应该怎么走？2021年04月30日，生态环境部大气环境司副司长吴险峰给出了一个中肯的指导意见：

吴险峰强调，要统筹考虑行业的发展水平、对环境质量的影响、技术的可达性、投资的可及性等，明确提出：不支持进一步“超超低”排放要求。超低排放是一项系统工程，需要巨额的资金投入，需要成熟的技术关联，还要考虑除尘、脱硫，特别是与低碳生产的协同问题。（是的，这几方面能不能关联起来综合治理，有可能降低投资和运行成本）

吴险峰指出，对于水泥行业而言，可以采取低氮燃烧器、加大分解炉还原区、分解炉分煤、分风的分级燃烧等工艺过程控制措施，减少氮氧化物产生，在末端增设高效脱硝装置。（是的，大投资的高效措施应该往后放一放）

吴险峰忠告，要严格控制氨逃逸，杜绝为降低氮氧化物排放过度喷氨。（是的，不能做狂按葫芦放纵瓢的事情！）电力行业在脱硫、脱硝、除尘的开始时期，走过不少弯路，推倒重来、反复投资的案例不少，水泥行业要汲取这些教训，“不允许把改造工程当成大规模的实验田”。

那么，有没有一种投资小、管理维护简单、不存在氨逃逸，又不使用有毒催化剂的超低排放措施呢？技术在不断进步，答案是明确的：有！

昆明理工大学的低温烧成就是一种探索，但技术上还很不成熟；南京工业大学的稀土脱硝剂就是一种尝试，只是运行成本尚高。

还有：智能化是第四次工业革命的主体，将颠覆、重构现有社会，受到了各国、各级政府、各个行业的高度重视，也是水泥行业不得不走的发展道路。

那么，这个“万能的智能化” ，哪怕作为过渡技术，能否在NOx超低排放上有所贡献呢？君不见，几百万的SNCR效果，已经被几十万的分级燃烧取代；有可能，动辄投资几千万的“SCR过渡” ，或被只需几百万的“智能化+过度”取而代之！

谁能使NOX超低排放投资可及？

对于5000t/d规模的水泥窑，NOx要达到50mg/Nm³以下的超低排放，目前采用SCR的投资在5000万元左右，“智能化+”能不能将同等效果的投资降到几百万元呢？有这种可能嘛？有句广告词叫“心有多大，舞台就有多大！”开国领袖毛泽东说“世上无难事，只要肯登攀！”

作为服务水泥行业多年的老朋友，西南某大型国有自动化股份有限公司，就急水泥行业之所急，大胆的做了这方面的尝试，结果不负众望！ 他们联合中科院川仪院士工作站，通过对水泥窑系统深入研究分析后，采用智能化+SNCR，成功开发出水泥窑智能精准喷氨脱硝技术，让我们看到了希望。

目前，水泥窑的SNCR空间上设在分解炉（和或C5出口），然而分解炉的温度场不是均匀分布的、而且不是固定不变的。喷氨脱硝有一个温度窗口，在窗口以外的喷氨不但是无效的，而且会造成氨逃逸、形成氨污染，这就是造成SNCR脱硝效率不高、氨逃逸较大的根本原因。因此，智能控制精准喷氨，就成为提高SNCR效率的有效措施。

其原理主要是：采用分层级安装可独立控制的喷枪组，利用智能实时优化控制系统对NOx的分布进行预测，对生产工况的变化实时跟随，根据工况及时调整并分别控制氨水的喷射位置及喷射量，从而达到提高脱硝效率、减少氨水用量、降低氨逃逸的目的。

水泥窑智能精准喷氨脱硝系统，就是在合适的温度窗口，针对性在最佳的位置、以最佳的喷量精准的喷入还原剂，在高效脱除NOx的同时也降低了还原剂消耗、减少了氨逃逸。

该公司以川仪院士工作站为依托，根据水泥窑分解炉、预热器的工况特性，在水泥行业专家的协助下，建立了1:1热态模型，利用仿真技术对分解炉及预热器内部的压力场、温度场、料流场，以及O₂、CO、CO₂、NOx等的分布，通过云计算进行了详细分析，建立了热态追踪云图。

由此，可以根据云图分析数据，赋予各喷枪 针对性、精准性在适合的位置以适合的量喷入还原剂（氨水、尿素溶液）；以热态模型参数为基础开发的智能控制系统，能随着炉窑工况的波动，及时预判、迅速响应，最终使NOx排放稳定控制在了100mg/Nm³以下，且在NOx同等排放值的前提下节约了30%以上的还原剂耗量。

川仪院士工作站的分解炉、预热器NOx热态追踪模拟如下图所示：

经得起检验的智能化+

该公司的智能精准喷氨脱硝系统，采用模块化集成设计、制作、安装，其结构主要包含高扬程输送模块、计量分配模块、喷射模块、智能化控制模块。

一个月前，已在6条水泥窑上成功使用，根据当地的环保要求，目前都能稳定运行在100mg/Nm³以下；经现场短期验证，如果需要，只要稍加氨水喷入量都能稳定运行在50mg/Nm³以下、氨逃逸达标。

实践证明，作为过渡技术，该系统不仅价廉物美、运行可靠，而且管理维护简单、能稳定实现超低排放。目前的在用情况详见下表：

正在他们欢欣鼓舞之际，却又出现了一个难题：广德洪山某公司标称4500t/d的水泥窑，实际产能却达到了7200t/d，而且低于7000t/d运行f CaO就难以控制。改造前原有SNCR排放控制NOx＜100mg/Nm³时，氨水消耗为1300L/h，且排放指标不稳定，经常超标；采用该公司智能化+SNCR改造后，可稳定实现NOx＜80mg/Nm³运行，而且氨水消耗量也降到720L/h，但无论如何就是降不到NOx＜50mg/Nm³以下。

其中控操作画面截图如下：

虽然该生产线已经达到了当地的环保要求，但却未能实现该公司的内控目标：智能精准喷氨“对所有水泥窑都能实现NOx＜50mg/Nm³的稳定运行”。

为什么这条窑只能超高产运行？为什么CO出奇的高且工况正常？为什么降低产量反而导致f CaO难以控制？

我们知道，CO浓度高了会降低SNCR的反应效率。因为SNCR的脱硝氧化 需要消耗OH—，而CO的氧化 同样需要OH—，也就是说：CO的存在会与SNCR脱硝 争夺反应资源。一般来说CO浓度越高，SNCR效率越低。

该公司拿出自己的浑身解数，邀请调集了川仪院士工作站和水泥行业的工艺专家，对这条窑的特殊情况进行了详细分析，找出了其工艺设计的特殊性、分析了这种“特殊”对燃烧工况的影响，然后又针对这条特殊的水泥窑再次进行了仿真模拟、调整了智控逻辑。

最终实现了NOx＜50mg/Nm³稳定运行的内控目标。调整后的中控操作画面截图如下：

至此，采用该公司智能精准喷氨技术改造的所有7条水泥窑生产线，全部实现NOx＜50mg/Nm³稳定运行的内控目标！为水泥行业趟出了一条——“白菜价”超低排放的脱硝路线！

再谈氨逃逸

大家是否记得，前几年有好事者专门拍了一个视频并发到了网上：对汽车尾气进行了现场检测，其PM2.5确实不超标，企图说明雾霾与小汽车无关。但“不超标” 不等于“无关”！小汽车等燃烧产生的烟气含有SO₂和NOx，这些排放的SO₂、NOx气体确实不是颗粒物，但他们到大气中会与碱金属粉尘合成颗粒物PM2.5，你还能说他们与雾霾无关吗？

这与我们的氨逃逸有什么关系呢？

要知道NH₃本身就具有碱金属特性，能和SO₂反应生成（NH₄)2SO4微晶，粒径约0.5-5微米，正好是产生丁铎尔效应（胶体颗粒对光的散射）的PM2.5粒径，视觉上形成雾霾。 更严重的是：氨对硫酸盐合成有很好的催化作用，这就是环保局反复强调“氨逃逸”的原因！

我国的治霾专家陶光远讲到：搞超低排放是好心办了一件坏事。超低排放有一个指标定错了，把氮氧化物从100mg/m³降到50mg/m³。降到50mg/m³带来了一个特别严重的问题:我们看SNCR、SCR脱硝，氮氧化物要想降低，对不起，拼命地把氨水往里喷，喷了氨水就造成了大量氨逃逸，氨逃逸跑出去就与SO₂合成硫酸铵、和或催化硫酸盐的生成，形成大量的PM2.5。

目前，国家控制的氨逃逸限量为8mg/m³，一些地方超低排放又要求＜5mg/m³，不知其依据是什么？现有的SNCR、SCR能不能达到？水泥行业现在达到了什么程度，恐怕目前还很难说得清楚？

这有三个难题：

现有的氨逃逸检测仪器还不理想，检测数据的再现率较低，如何前后左右比较？

检测范围如何确定和监督，除了排放废气的烟囱以外，中间环节的无组织逃逸算不算？

向废气中喷水能立即降低氨逃逸，如何控制企业在检测时喷水的影响？

物质是守恒的，氨逃逸与喷氨量应该遵循如下关系：

氨逃逸 = a喷氨量 + b排放NOX - c生成NOX + d

有专家测算：按照上式测算的逃逸量大约是烟囱检测值的2.5倍！那么，能不能按照烟囱检测+上式推算呢？遗憾的是，由于各条线的工艺及原燃材料不同，而且工况还在不断变化，上式中的 a、b、c、d 四个系数一时还无法通过统计取得。

上式也不是没有一点价值，至少按逻辑推理可以得出如下结论：

（1）在同等排放控制的情况下，喷氨量的减少必然导致氨逃逸的降低！

（2）氨逃逸的降低幅度肯定大于喷氨量的减少幅度。

在无法准确测取的情况下，这个结论对于比较改造项目对氨逃逸的影响，还是很有说服力的。