器的混合作用，将还原剂同烟气中的NOx均匀混合，进入SCR反应器；还原剂中的NH3和NOx在催化剂的作用下反应生成H2O和N2，净化后的烟气再回到后续设备如余热锅炉。还原剂可采用液氨、尿素或氨水。
图4.3 SCR脱硝反应原理图
图4.4 SCR工艺流程图
SCR法脱硝技术是一项颇具潜力的先进实用技术，可以保证废气NOx浓度降到100～200mg/Nm3甚至更低。NO2的减排效率高达80％～95％，但SCR需要使用和消耗价格昂贵的催化剂,且由于水泥窑尾废气的粉尘浓度高达80g/Nm,碱金属含量较高，易使催化剂堵塞和中毒, SCR法脱硝技术在水泥工业上应用在国际上还没有太成熟的使用工程案例。
SCR水泥窑脱硝技术目前还处于探索试验阶段，全球仅三条水泥生产线试运行：德国Solnhofen水泥厂、意大利Monselice水泥厂及意大利Calavino水泥
3
厂。
7.1.3 低氮燃烧技术（分级燃烧）
SCR脱硝反应器示意图 德国波特兰水泥厂SCR烟气脱硝反应器
低氮燃烧技术主要分为两个部分，一是在回转窑内通过使用低氮燃烧器，火焰降低峰值温度，减少热力型NOx的产生，同时在火焰内部形成局部还原气氛使得部分NOx能够被还原，从而使得热力型NOx降低10~20%；二是通过三次风分路供风和分路供煤两个措施在窑尾分解炉内制造局部强烈的还原气氛，使得NOx在分解炉内发生如下反应,进而减少NOx总量，降低NH3的消耗量。
NOx +4CO + O2 →CO2 + N2
分级燃烧的主要优点就是一次性投入后永久受益，可以有效降低脱硝系统的运行费用，据测算可降低10~20%的NH3消耗量，有效降低成本，无论是SNCR系统还是SCR系统，都应该增加低氮燃烧技术的基础上进行设计。
7.1.4结论
通过以上比较，在现有水泥窑脱硝要求和技术成熟度上，SNCR适应我国水泥窑炉NOx减排要求。该项目选用SNCR技术。
表4.1 SNCR与SCR水泥窑炉应用比较 项 目 投资 建设周期 水泥窑炉应用成熟度 运行费用 有无催化剂 还原剂 应用温度 NOx减排效率 氨逃逸率 综合性价比 SNCR 低 2个月 成熟 3-7元/吨熟料 无 氨水、尿素 850-1150℃ ≥50% ≤10mg/Nm 高 3SCR 高 4～6个月 工业化试验阶段 3-9元/吨熟料 有 液氨、氨水、尿素 300-420℃ 70-95% ≤3.8 mg/Nm 低 37.2氨水和尿素两种还原剂的比选
7.2.1 氨水和尿素的特性
脱硝还原剂选择是整个脱硝系统中很重要的一个环节。在SNCR脱硝系统中，还原剂是最大的消耗品。其消耗成本直接影响到脱硝系统的整体经济评估。目前，脱硝系统最常用的还原剂有氨水和尿素。
氨水的特性：氨水与无水氨都属于危险化学品。氨溶液： 10%<含氨≤35%的氨溶液，危险货物编号为82503；用于脱硝的还原剂通常采用20% ～25%浓度的氨水。无色透明液体，易分解放出氨气，随温度的升高，分解氨气的速度越快。
如果溢出，氨水液体扩散范围较无水氨小，浓度范围较易控制。但有强烈的刺激性气味，因是液体不需压力容器储存，相对安全。
尿素的特性：尿素是白色或浅黄色的结晶体，易溶于水，水溶液呈中性反应。不同尿素浓度的水溶液有不同结晶温度，40%(重量)尿素水溶液结晶温度约2℃、
50%(重量)尿素水溶液结晶温度约18℃。与无水氨及有氨水相比，尿素是无毒、无害的化学品，是农业常用的肥料，无爆炸可能性，没有危险性。尿素在运输、储存中无需安全及危险性的考量，不须任何的紧急程序来确保安全。
7.2.2 不同还原剂的占地情况
对于尿素来说，由于是安全可靠的还原剂，不存在以上的限制。且占地相对较小不足250m2，不含尿素存储需要空间。
氨水还原剂系统仅需考虑氨水储罐的位置，占地面积小，其占地约为200m2左右。
7.2.3 脱硝反应的适应性
氨水与尿素在水泥窑炉SNCR上应用有相应的条件要求。它们所适应的温度窗口不同，简单的叙述为，尿素的最佳反应温度比氨水的最佳反应温度高，氨水在850℃范围可达到较佳的反应效率（但根据不同炉型、工况会有变化），而尿素需要达到900℃以上内才能有较好的反应效果。
分解炉内的气氛会直接影响SNCR的反应效率，如二氧化碳和一氧化碳浓度。同比条件下，分解炉内部分其它气体浓度对尿素的影响程度大于氨水。氨水对分解炉SNCR脱硝技术的适应性较强。根据检测该窑炉的气氛良好，C1出口CO浓度稳定小于200ppm，分解炉内温度大于900℃，较适应尿素的使用。
7.2.4 性价比比较 1）供应价格
氨水（20%）供应价格在800元/吨（到厂价）。
尿素为农业用肥料尿素的供应价格约为2300元/吨（到厂价）。 2）综合成本比较
根据该项目的烟气参数等基础数据计算，1#线设计原始氮氧化物浓度按900mg/Nm3，系统风量标况10%氧含量下约为370000Nm3/h，2#线设计原始氮氧化物浓度按700mg/Nm3，系统风量标况10%氧含量下约为425000Nm3/h，最终排放目标浓度按300 mg/Nm3计算。
表4.2氨水与尿素两种还原剂使用浓度下的消耗成本表
氨水（20%） 耗量kg/h 成本￥/h 尿素（30%） 耗量kg/h 成本 ￥/h 备注
还原剂耗量 蒸汽消耗 工艺水消耗 小计 1240 0 0 - 992 0 0 992 500 270 880 - 1200 40 8.8 1248.8 含运费价格 蒸汽300℃，0.5MPa。价格按150元/吨 软水价格10元/吨 元/小时 根据以上计算可知，运行成本上尿素稍高，氨水（20%）具有优势。 7.2.5 结论
从现有尿素和氨水的市场价格比较，供应情况，以及对水泥窑炉脱硝的适应性。综合比选选用氨水、尿素双还原剂，实现灵活转换。
表4.3 尿素和氨水两种还原剂综合比较 项目 还原剂费用 电耗 水耗 蒸汽消耗 人力 安全性 储存条件 储存方式 氨水（20%） 低 低 微量 无 无需新增人 要求稍高 常规大气压 液态(箱、罐) 尿素 稍高 稍高 中等 需要 2人 无特殊要求 常规大气压，干态 微粒状(料仓、袋装) 7.3总体比选结果
通过以上分项比较，山东山铝水泥有限公司该水泥窑脱硝工艺应选用选择性非催化还原脱硝（SNCR）技术，还原剂选用氨水（15~20%）。减少NOx的生成，降低生产运行成本。
8、项目的总体研发目标及考核指标、阶段目标和考核指标
经改造后的窑尾烟气NOX排放浓度小于400mg/Nm3,满足已经出台的山东省地方标准要求。 项目进度计划
（1）2013年10月，可研报告编制上报，按要求修改完善，争取立项，责任人：汪洪伟。
（2）2013年11月，技术调研，方案设计，明确技术路线，确定
水泥厂脱硝
