智能高效脱硝技术（MIHe-SNCR）与水泥行业超低排放

日前生态环境部在组织编制的《关于推进实施水泥行业超低排放的意见（征求意见稿）》中进一步明确了水泥行业实现超低排放的主要目标和指标要求，指标要求“在基准含氧量10%的条件下，水泥窑及窑尾余热利用系统烟气颗粒物、二氧化硫、氮氧化物排放浓度小时均值分别不高于 10、35、50mg/m3；采取有效措施控制氨逃逸，脱硝氨水消耗量小于 3.5kg/t熟料（基于20%的氨水浓度折算），末端治理采用成熟稳定的污染治理技术”。在这一要求下，许多水泥企业面临着超低排放达标技术改造，（征求意见稿）中明确要求“到2025年底前，重点区域取得明显进展，50%左右的水泥熟料产能完成改造；到2028年底前，重点区域水泥熟料生产企业基本完成改造，全国力争80%左右水泥熟料产能完成超低排放改造”。随着超低排放要求的实施，如何选择适宜的改造技术路线，达到排放指标要求，实现超低排放的目标，也是目前水泥企业面临的问题。本文推荐的（MIHe-SNCR）智能高效脱硝技术，可根据水泥企业现有设施有效解决这一问题，为企业提供一条行之有效的技术改造路线选择。

1.SNCR脱硝技术发展

SNCR即为选择性非催化还原技术。这种技术不用催化剂，在850~1?100 ℃温度区间，将含氨基的还原剂（氨水、尿素溶液等）喷入窑炉内，将烟气中的NOx还原，生成氮气和水。

水泥窑炉采用SNCR脱硝技术主要是在分解炉管道内布置氨水雾化喷射系统，将氨水直接喷入到合适的温度区域，反应过程如下（氨做还原剂）：

 

促进这一反应过程高效发生的因素主要取决于以下二方面：

1、反应区温度是应用SNCR技术的关键。适宜的反应区温度在850~1?100 ℃之间，当反应区温度过低时，脱硝反应效率会降低，导致大量的氨逃逸；当反应区温度过高时，NH3会被氧化形成NOx，造成不利的影响。

2、氨与NOx的接触以及弥散程度。延长NH3在反应区间内的停留时间，增加氨与NOx的接触，有助于反应物质扩散传递和化学反应，提高脱硝效率。

正是围绕着如何改进和提高上述二方面主要因素的效能，SNCR脱硝技术经历了不同的发展阶段，传统的SNCR脱硝技术由于是非智能化操控，脱硝氨水喷射量、喷射位置是固定不变的，脱硝过程不会随着工况等各种因素的变化而调整，其脱硝效率通常为30-60%，氨水消耗量较高；随着技术的进步，目前新一代的SNCR脱硝技术已发展为智能化操控体系，(MIHE-SNCR)智能高效脱硝系统正是新一代SNCR脱硝技术的典型代表，其脱硝过程氨水喷射精准可控，可以根据工况等因素的变化及时调整，实现了智能精准高效脱硝，脱硝效率可确保达到90%以上，最高可达到95%以上，吨熟料氨水消耗量显著降低。

2  传统SNCR脱硝技术

传统水泥窑炉SNCR脱硝工艺系统主要包括还原剂储存系统、分配系统、计量系统、循环输送系统、背压系统、喷枪以及相关的仪表控制系统等。传统SNCR脱硝工艺系统如图1示。

 

图1 传统水泥窑炉SNCR工艺流程图

传统SNCR脱硝技术存在的问题：

由于采用未经高效处理的氨水或尿素做为还原剂直接喷入炉内，存在着脱硝效率低，药剂使用量大，成本高的问题。

· 

喷枪往往存在着还原剂流量不可调，喷射安装位置覆盖面小、单层布置等问题，同样影响还原效率提高，造成还原效果差，氨水成本居高不下的问题。

未配置智能高效脱硝控制软件系统，无法对脱硝环境工况做出分析预判，也就不能对脱硝还原剂流量及分布进行精准控制，这也是造成脱硝效率低下，脱硝成本高的重要因素。

在传统SNCR脱硝系统中，还原剂喷入水泥窑分解炉内合适的温度区间，在NH3/NOx摩尔比为1.0～1.8情况下，脱硝效率可达30％～60％左右，氨逃逸≤10ppm。

3.（MIHe-SNCR）智能高效脱硝系统技术

(MIHE-SNCR)智能高效脱硝系统技术是在传统SNCR脱硝技术基础上发展起来的新一代选择性非催化还原脱硝技术，真正实现了脱硝过程的智能化和高效性、精准性，下面对（MIHe-SNCR）智能高效脱硝系统的特点进行介绍

3.1 （MIHE-SNCR）智能高效脱硝系统组成

（MIHE-SNCR）智能高效脱硝系统组成如图2所示，主要由氨水分配系统、混合气体分配系统、压缩空气系统、喷枪、智能控制软件系统组成

 

图2（MIHE-SNCR）智能高效脱硝脱硝系统组成

MMIHeSNCR智能高效脱硝系统由控制软件和执行硬件两部分组成。其中控制软件部分是我们系统的核心，包括智能优化控制系统、预测系统以及氨水分配系统；执行硬件部分包括我们的多层布置的高精度喷枪以及用于喷枪精确氨水控制的分配阀组等执行机构。

3.2 （MIHE-SNCR）智能高效脱硝系统拓扑图

 

图3（MIHE-SNCR）智能高效脱硝脱硝系统拓扑图

MMIHeSNCR智能高效脱硝系统相较于传统SNCR脱硝系统有着明显的不同，整个系统的控制设计有两个核心模块，一个是预测系统，另一个是氨水分配系统。预测系统用于预测未来3-4分钟的氮氧化物的排放情况，指导系统进行脱硝最佳位置判断和氨水用量判断；氨水分配系统用于决定使用那些喷枪进行脱硝作业以达到最佳的脱硝效果。

3.3 智能控制及对系统数据分析预测

智能控制软件系统采集了窑系统几乎所有的工艺参数（约50多个）， 如喂料量、喂煤量、窑尾各级旋风筒温度和压力等

采集CMES系统气体工艺参数，参与系统控制

服务器内控制软件对这些工艺参数进行分析

精准设定每组喷枪的喷氨量

系统塌料等应急反应处理软件

远程智能监控  

无人职守

软件工艺参数采集数据见图4

 

图4（MIHE-SNCR）智能高效脱硝脱硝系统数据采集

3.4 系统控制人机界面

（MIHE-SNCR）智能高效脱硝系统控制人机界面

 

图5 （MIHE-SNCR）智能高效脱硝系统控制人机界面

通过（MIHE-SNCR）智能高效脱硝系统控制人机界面，可随时观察操控脱硝系统，实现远程智能监控及无人值守。

3.5 运行效果

（MIHE-SNCR）智能高效脱硝系统运行效果如图6所示

 

图6（MIHE-SNCR）智能高效脱硝系统运行效果

图7是某项目应用(MIHE-SNCR)智能高效脱硝系统技术改造验收测试结果

 

图7 某项目(MIHE-SNCR)智能高效脱硝系统改造验收测试结果

运行效果表明，经(MIHE-SNCR)智能高效脱硝系统技术改造，项目NOx排放浓度≤50mg/m3，氨水用量≤3.5kg/t.cli，全部达标运行，实现了改造预期目标。

4 （MMIHeSNCR）智能高效脱硝系统与水泥行业超低排放技术改造
（MMIHeSNCR）智能高效脱硝系统应用于水泥行业超低排放技术改造可根据现有窑系统不同实际情况，选择不同的改造技术路线，表1列出了建议选择的最佳技改路线。

表1 建议改造最佳技术路线

 

5 （MMIHeSNCR）智能高效脱硝系统对现有不同脱硝系统企业技改的意义

5.1 （MMIHeSNCR）智能高效脱硝技术对于传统SNCR技术改造主要是改进提高指标，使NOx排放满足要求、降低脱氨消耗。

提高脱硝效率，传统SNCR脱硝技术效率仅能达到30-60%，（MMIHeSNCR）智能高效脱硝技术可显著提高脱硝效率到90%以上。

降低氨水消耗，（MMIHeSNCR）智能高效脱硝技术在同等条件原有基础上，可降低氨水使用量23-30%

改造费用低，保留原有传统SNCR氨水储存等可利用系统，节省占地面积和改造费用。

5.2 （MMIHeSNCR）智能高效脱硝技术对于SCR脱硝系统的意义

在原有SCR脱硝系统的基础上，增加（MMIHeSNCR）智能高效脱硝系统，可以更好的发挥原有SCR脱硝系统的优势，取长补短，在实现排放和消耗达标的基础上，显著降低熟料运营成本，提高企业经济效益。

减少SCR反应塔催化剂布置层数，降低风阻。

提高余热利用效率。

减少催化剂用量，减少催化剂固废排量，降低二次污染风险

减少反应塔吹灰除尘次数，提高反应塔效率。

NOx排放指标容易达标，排放可稳定控制在35mg以下。

跟其它技术改造相比，改造投资成本低。

工期短，可不停窑改造。

6 案例分享

6.1 案例一：5000TPD （MMIHeSNCR）智能高效脱硝技术改造：

项目地址：烟台

改造方案：MIHe-SNCR智能高效脱硝技术

投料日期：2023.5.6

技改前：          

NOx排放：＜100   mg/Nm3           

熟料产量：5200     t/d          

氨水用量：5.07      kg/t-cli

技改后：            

NOx排放：＜40   mg/Nm3           

熟料产量：5138    t/d           

氨水用量：2.5   kg/t-cli                      

 

 

结论：

1）满足山东省NOx排放要求，实现超低排放。

2）显著降低氨水用量50%，节省氨水费用近500万元/年。

3）促进余热回收利用。

6.2 案例二：7200TPD （MMIHeSNCR）智能高效脱硝技术改造：

项目地址：济宁

改造方案：分级燃烧+MIHe-SNCR智能高效脱硝技术

投料日期：2023.3.31

技改前：NOx排放：＜100   mg/Nm3          

熟料产量：7200    t/d          

氨水用量：5~5.4 kg/t-cli

改造后效果：            

NOx排放：＜50     mg/Nm3           

熟料产量：7900     t/d            

氨水用量：2.1~2.5 kg/t-cli

 

 

6.3 案例三：正在实施的案例

项目地址：石家庄

技改方案：MIHe-SNCR智能高效脱硝技术+SCR

投料日期：正在实施

技改前：NOx排放：＜40   mg/Nm3          

熟料产量：6400    t/d          

氨水用量：5~5.5 kg/t-cli

技改后预期目标：            

NOx排放：＜40     mg/Nm3           

氨水用量：3.5 kg/t-cli

 

 

 

作者单位：米凯利科技(北京)有限公司