技术简要描述

水泥熟料煅烧过程会产生大量的烟气排放，烟气中SO2和NOx浓度可高达2000mg/Nm3和1200mg/Nm3。通过工艺设计和过程控制，将高含CaO热生料送入预热器C1筒和余热锅炉入口处，实现生产过程干法脱硫。通过模拟仿真和工程设计，余热锅炉后端建立烟气中低温（150~220℃）脱硝反应器，采用中低温催化剂和精准喷氨及智能吹灰技术，实现NOx排放＜50mg/Nm3、吨水泥熟料氨水（20%）＜2kg

技术信息

通过热生料过程脱硫，烟气脱硫效率＞80%；通过中低温SCR脱硝技术，在吨熟料2千克氨水用量下，烟气脱硝效率＞90%。

商业应用情况

无

希望在技术转移过程中得到的帮助/支持

无

设备投资

现以常规的5000t/d水泥熟料生产进行设备投资估算。  本项目提出的过程脱硫工艺过程包括从分解炉开设取样口，并通过负压差，自行送入预热器C1筒和余热锅炉入口处。整个工程设备包括新增三个高温阀门，新增热生料输送管道系统，新增各类压力表及防堵设备以及电力自控仪器仪表，以便实现远程控制和智能化操作。过程脱硫工程项目设备投资见表1。 过程脱硫工程项目技术寿命同水泥窑炉，约为30年；每年也与水泥窑炉相同进行一次维修、更换管道内的耐高温材料约为40万元。 本项目提出的中低温SCR脱硝工艺过程包括将从余热锅炉排出的烟气引入到SCR脱硝反应器中，再喷入适量氨水进行NOx催化还原，整个工程设备及项目投资概算见表2。 中低温SCR脱硝工艺技术装备与水泥窑炉同步运行，具有相同的服务年限，但SCR脱硝催化剂材料在应用过程中可能会失活，即脱硝效率下降，因此每三年更换一层催化剂材料，费用约为200万元。

年运行维护费

本项目过程脱硫技术，将少量高含CaO热生料，与含硫烟气充分反应，形成硫酸盐或亚硫酸盐，最终排出水泥窑炉系统。  前期工程应用表明，抽取热生料约为总量1%，水泥熟料烧成热耗增加1kg标准煤/吨熟料；但热生料进入到余热锅炉系统后可增加发电量1.5kW·h/吨熟料，基本实现煤-电费用平衡。由于热生料是在负压条件下被抽取，并不需增加电耗。过程脱硫技术管道内耐高温材料每年维修费用约40万，其他折旧和管理费用约30万，共计70万。 本项目中低温脱硝技术，将SCR反应器放置在余热锅炉后的烟气中低温区域，不影响窑炉运行和余热发电量。若SNCR+SCR耦合脱硝，则减少SNCR喷氨量；NOx原始浓度1000mg/Nm3降至排放浓度＜50mg/Nm3的要求下，耦合脱硝氨水用量仅为1.8kg/吨熟料，SCR单独脱硝氨水用量仅为1.5kg/吨熟料。 前期工程应用表明，增设SCR反应器及配套辅助系统，新增电耗约为2kW·h/吨熟料，按每度电0.6元、5000t/d生产线每年生产150万吨熟料计，即运行费用约为180万，其他折旧和管理费用50万元，小计为230万。催化剂质保三年，三年后每年催化剂更换费用约为200万。

投资回收期

由于属于环保工程技术，需要有工程技术资金支出，尚没有投资回收期计算条件，但经类比，本项目提出的工程技术具有效率高，投资省及运营成本低的特点，更具有商业投资和推广应用价值，如果按国际SO2和NOx排污权交易核算，静态投资回收期为1年。现以国内已运行工程项目进行计算： 以5000t/d水泥熟料线为例，过程脱硫技术一次设备静态投资为400万，投运后排污费由2250万降至76万，投运后三个月内可实现资金回收，回收后每年可产生近2100万收益。  中低温SCR脱硝技术，一次设备静态投资为2200万，投运后排污费由2700万降至130万，投运后一年内可实现资金回收，回收后每年可产生2100~2300万收益。

附加效益

本项目提出的过程脱硫和中低温SCR脱硝工程技术具有多方面的附加效益，现列表比较如下：  从表3分析可见，采用过程脱硫在实现超低排放的前提下，投资省、运行费用低，附加效益显著。 从表4分析可见，采用中低温SCR脱硝，不但可以实现超低排放，而且可以大大节省投资和运行成本。  我国目前在“一带一路”沿线国家和地区总承包建设的水泥生产线有300余条，若有30%的水泥生产线采用过程脱硫和中低温SCR脱硝技术，投资额可达23.4亿元，同时为我国水泥生产工艺技术装备开拓更为广阔的国际市场提供了强有力的技术支撑。

综合效益

我国是水泥技术装备出口大国，据统计在“一带一路”沿线国家通过技术装备出口或工程总承包建立的水泥生产线已有300多条，但大多没有采用先进烟气脱硫脱硝技术装备。我国水泥工业烟气SO2和NOx排放限值标准分别为200 mg/Nm3和400mg/Nm3（重点地区SO2≤100  mg/Nm3，NOx≤320 mg/Nm3），而德国水泥工业烟气SO2和NOx排放限值标准分别为50  mg/Nm3和200mg/Nm3。采用类似德国水泥工业烟气SO2和NOx排放技术，例如，采用窑炉烟气干法或湿法脱硫技术，或采用低尘高温SCR脱硝技术，投资成本分别达到2000万元和6000万元，脱硝和脱硝技术运行费用也分别达到5元/吨熟料和12元/吨熟料。 采用最新研发脱硫脱硝技术，以5000t/d水泥熟料生产线为基准，在达到超低排放（SO2＜35mg/Nm3，NOx＜50 mg/Nm3）的前提下，过程脱硫和中低温SCR脱硝工程技术投资成本分别仅为400万元和2200万元，运行费用也仅为1元/吨熟料和3元/吨熟料。 采用最新研发一体化工程技术，还可大大缩短工程建设周期，优化工艺布置，简化操作控制，实现长效、稳定运行。

障碍对技术转移影响等级

无

技术成熟度

研发团队绿色建材国家重点实验室长期从事水泥窑炉烟气大气污染物减排工程技术研究，牵头承担“大气污染成因与控制技术研究”重点专项“建材行业烟气污染物全过程减排及节能耦合技术研究与示范”，同时参与“建材行业烟气多污染物协同高效控制技术研发及工程示范”，通过进一步理论机理研究，工程技术开发及示范工程应用，形成了成熟的工艺技术装备。  针对过程脱硫研究采用了不同路径的组合技术。首先是在分解炉系统确定最优的热生料取料点，以保证热生料中高含新产生的CaO及在余热锅炉中的高效固硫反应，随后将热生料通过压力差分别自然送入预热器的C1筒和余热锅炉烟气管道入口，并且在较高的钙硫摩尔比和较长的反应时间下实现高效脱硫，目前国内已有10多家水泥生产企业成功采用这一工艺技术。 针对中低温脱硝研究采用了中低温（150~220℃）催化剂及其相应的反应器和配套技术装备。首先是在传统的高温（＞320℃）钒钛催化剂材料技术的基础上增加了无机非金属矿强吸附功能材料，通过优化组成设计和催化剂材料加工技术，实现了催化剂材料的商业化生产，其次是通过中试和最终与5000t/d生产线配套实现了工程应用和推广，表明工艺、技术装备及系统完善。

技术适用性

水泥生产采用的是石灰石、砂岩等钙、硅、铝质原料经配料、破碎、粉磨后送入水泥预分解窑进行煅烧，燃料用油和煤的不同，但窑炉中产生SO2和NOx的机理相同，污染物的排放浓度也基本相同。目前国内外水泥窑炉（包括中国出口水泥窑炉）工艺技术和装备也都基本相同，因此拟采用的过程脱硫技术和中低温SCR脱硝技术不受任何特定条件限制。应该指出的是过程脱硫技术和中低温SCR脱硝技术可分别独立采用，不受任何其他条件限制。

技术稳定性

本项目提出的工程技术为过程脱硫和中低温SCR脱硝，以便削减水泥窑炉烟气中SO2和NOx排放，实现水泥生产与环境保护的协同推进。 项目提出的过程脱硫技术采用的是水泥熟料煅烧过程中的中间产物热生料，即高含CaO的生料，进行SO2的吸附及随后的化学反应，生成硫酸盐或亚硫酸盐，并进入到水泥熟料体系中。相比于干法脱硫或湿法脱硫，过程脱硫不需要外购石灰，不需要增设大型烟气脱硫装置，整个脱硫过程与水泥生产过程融合，可保证与水泥生产同步运行，对环境及水泥生产工艺过程没有任何影响。  项目提出的中低温SCR脱硝技术与传统的高温SCR脱硝技术相比，是将SCR反应器置于余热发电锅炉之后，这样既不影响窑炉系统的正常运行，又不影响余热锅炉的发电效率。此外，由于中低温SCR脱硝技术带有自喷氨系统及氨的高效利用，这样也防止了氨水对窑炉管道系统及附属高温材料的腐蚀。这就使得SCR脱硝工艺技术装备不受窑炉水泥熟料煅烧工况的影响，不产生对任何生产工艺设备的损坏，保证了水泥生产工艺技术装备的高效稳定运行和窑炉烟气NOx的超低排放。

技术安全性

本项目提出水泥窑炉烟气过程SO2减排和中低温SCR脱硝工程技术安全可靠。过程SO2减排仅需在原有水泥窑炉管道之间增设热生料取料管道，再增加一些高温阀门，进行自动联锁；脱硫灰作为缓凝剂，没任何运行风险和二次污染。  本项目提出水泥窑炉中低温SCR脱硝工程技术将传统的高温技术升级为中低温技术，减少管道腐蚀，防止氨被高温烟气吸附，提高氨的利用效率，NOx还原为N2和H2O排放，没任何运行风险或二次污染。

技术转移推广障碍

无

知识产权转让

本项目研究团队依托绿色建材国家重点实验室这一科研平台，长期从事水泥窑炉烟气脱硫脱硝基础理论研究和工程技术开发，先后承担国家“十二五”科技支撑项目“水泥、墙材窑炉大气污染物治理关键技术研究与示范”、主持国家“十三五”重点研发计划项目“建材行业烟气污染物全过程减排及节能耦合技术研发及工程示范”，参与国家“十三五”重点研发计划项目“建材行业烟气多污染物协同高效控制技术研发及工程示范”，以及主持国家自然科学基金项目，取得了一系列科研成果，形成了一批自主知识产权，目前已独立申报技术发明专利18项，其中获得授权发明专利7项。 更为重要的是，项目研发的水泥窑炉烟气过程脱硫和中低温SCR脱硝工程技术已在国内十多家水泥生产企业获得实际工程应用，取得了脱硫脱硝的显著效果。有关科研成果及工程应用实践先后在2019年和2020年通过省部级技术成果评审，得到了专家一致高度评价。目前，项目研究团队正在与德国海德堡水泥、瑞士拉豪水泥集团进行商务及技术榷谈，有望在近期把水泥窑炉烟气脱硫脱硝工程技术推向国际市场，为“一带一路”沿线国家和地区的基础设施建设及生态环境保护工作作出较大的贡献。