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国内首个石灰窑炉内复合脱硝项目顺利实施
昨天，在“建党百年”的喜庆日子里，从青海省海东的唐山金泉公司“第四代煤电一体化石灰窑省级示范项目”现场传来好消息，国内首个“石灰窑竖窑炉内复合脱硝”的定型成套设备在这个项目中开始安装调试，该项成套设备的安装实施将在石灰行业内率先完成低投入低成本化的降氮脱硝治理示范工程建设。
进入“十四五”以来，随着新的《大气污染防治行动计划》的实施，全国环境空气质量治理力度将更进一步加大，石灰行业的SO2和烟粉尘控制取得明显进展和治理结果，新的烟气治理重点已经是脱硝治理工作，但是石灰行业NOx排放由于技术难度、投资及运行费用问题，排放量仍居高不下，而且还没有比较经济的技术措施和有效的治理措施，急需具有实用性和可操作性的治理技术。
目前，制约石灰行业脱硝治理的因素还是工艺问题和投资，比如，选择性催化还原技术受催化剂寿命的影响使其运行成本居高不下，而且需要把石灰窑烟气在炉外二次加温而再次增加费用和形成二次形成部分氮氧化物。同时，其占地和投资接近了一座普通石灰立窑的投资了，显然，该项技术不适用于石灰行业的普及应用。
因此，一种不需要催化剂的选择性还原技术应运而生，这就是选择性非催化还原技术。该技术是用廉价的、安全的、各地易购的还原剂喷入炉内与NOx进行选择性反应，不用催化剂，该项技术是以石灰窑的炉膛为反应器，不需要炉外任何的烟气反应装置投资，如：加热装置、反应塔等。
事实上，与该项原理接近的同类技术在锅炉中有过实验性应用，但是由于烟气流速及炉膛截面问题使还原剂均布非常困难，无法在有效时间内均匀的与烟气充分混合反应，还原剂大部分逃逸，而且治理效果欠佳，目前多用作低NOx燃烧技术的补充处理手段。
经唐山金泉冶化科技产业集团旗下唐山金泉成套设备有限公司和唐山市丰南区金泉冶金能源新技术开发有限公司技术团队多年研究及实践发现：与锅炉的燃烧工艺及环境条件正好相反，在石灰窑炉膛适宜的、狭窄的温度范围内，在无催化剂作用下还原剂可选择性地还原烟气中的NOx，基本上不与烟气中的O2作用。该项技术应用原理就是利用了石灰窑内部炉料在下降的过程中与烟气形成阻力，降低了烟气的流速，使烟气流速和分布空间可控与还原剂有了充分的还原反应时间。据此，创新研究了适用于石灰窑生产系统的QLSNCR法（嵌入式炉内选择性非催化法）技术和成套装备。
技术团队首先从高温非催化还原的动力学机理实验研究出发，针对不同的气氛反应的动力学进行了深入研究。研究了不同的还原剂配比、停留时间对脱硝率、温度特性和排放浓度的影响，结合机理实验，从动力学机理反应的角度，选取了具有代表性的反应机理进行工业实验，获取了在石灰窑炉内适宜的温度和超低氧量的情况下，能够使脱硝反应的效果达到最好的结果。该项技术通过把一次脱硝后的烟气喷入复合还原剂后再次引入炉内，在低温区进行超低氧二次复合还原，使排出炉外的烟气达到超低排放要求。
在试验中也发现了不同成分的还原剂混合后的还原效果，针对性的把不同还原剂混合后进行一次性喷吹，也达到了理想的效果。同时，也发现了不同的还原剂喷入形式，对脱硝效果有很大的影响。因此针对复合还原剂混合问题，设计开发出一种新型的喷吹装置，能有效实现氮还原剂的最大混合和雾化汽化效果。
该项技术的关键还在于淘汰了传统脱硝工艺中采用“氨水”等有害、有毒的材料为还原剂的方式，采用了新型的复合还原剂，可有效提高脱硝效率，降低反应的条件温度，拓宽反应的温度窗口，可以使脱硝最佳温度降低200℃以上。
更重要的是，新开发的复合还原剂的多种应用配方用户均可以自行配制。即符合了环保部门及安全部门的要求，而且经济实用，安全可靠，无副产品排放，达到一次性治理达标的目的。
目前，此次青海省海东项目中的炉内脱硝成套设备已经由唐山金泉公司合作的专业技术团队安装完毕，各项调试运行数据达到了设计要求，具备了生产使用条件，将在石灰生产系统投入生产后开始正式使用。这套装置的顺利实施，标志着国内石灰窑竖窑第一个实现炉内脱硝超低排放项目即将投入运营，该项目是在国内多个石灰窑竖窑进行工艺性、功能性生产实验后进一步升级的装置，是首套定型装置。该项技术原型及实验性项目已经在青海省的部分回转窑及竖窑进行了生产应用。
根据相关多项数据及测算显示，脱硝率可控制在75-85%范围，而且高海拔地区的应用效果将会优于内陆的应用指标。而且，该项装置投资极低，与传统的选择性催化还原技术装置投资相比，仅为其投资的20%左右，极具投资性价比。届时，我们将进一步跟踪该项技术的实施情况，相关应用结果数据将陆续发布。目前，该项技术装备将陆续在唐山金泉公司推出的“第四代煤电一体化石灰窑省级示范项目”中应用。同时，随着在生产中的更进一步的完善，我们有理由相信该项技术和成套设备将会迅速普及应用。而且，唐山金泉公司技术人员也不会停止前进的步伐，这个项目的实施只是“万里长征”中的第一步，之后会有更多相关技术呈现给我们。守护蓝天，任重道远！
笔者编后语：
从笔者了解的目前市场上存在的SCR（选择性催化还原）和SNCR（选择性非催化还原）脱硝工艺中，能够成功应用于石灰窑行业的很少，可选择性和可操作性都存在很大缺陷。此次青海项目新技术的实施和应用，给我们石灰行业带来了启发和希望，尤其是广大中小型石灰生产企业将会是受益者。
所以，石灰行业企业在进行脱硝治理时，就某一具体的工程采用何种烟气脱硝工艺，必须因地制宜，进行技术、经济比较。绝对不能“贪大求全、搞形象工程”，应以自己的实际需求情况为准，在选取烟气脱硝工艺的过程中，应遵循以下原则：
1、NOx的排放浓度和排放量满足有关环保标准；
2、技术成熟，运行可靠，可用率高，而且要有技术提升的空间；
3、对燃料要适用性强，尤其是能够适应燃煤含氮量在一定范围内变化；
4、尽可能节省建设投资；
5、布置合理，尽可能不另外占地；
6、尽量不用催化剂，采用还原剂时也要选择水和能源消耗少，运行费用低的技术；
7、还原剂来源要安全、可靠、充足、质优价廉；
8、尽量不产生副产物或者能得到合理的利用或处置。
资料编辑：
中国石灰产业学会
孙 菲
2021年07月2日
据悉，该项技术在双膛石灰窑上的应用也取得了重大技术突破，并已经开始投入应用，相关技术文章将在近期陆续发布。
现场设备安装调试掠影：（图片版权归原技术发明者，未经同意不得私自使用及商用）
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