在中国科学院洁净能源A类战略性先导科技专项的资助下，中国科学院工程热物理研究所循环流化床实验室团队针对水泥窑炉现有脱硝技术面临的问题，在不改变主要生产工艺流程的情况下，创新性提出了适用于燃煤水泥窑炉的原位还原脱硝技术[5]，下面对其技术原理、技术特点、可行性验证结果以及示范应用效果进行详细介绍。

2.1　技术原理与特点

原位还原脱硝技术原理如图1所示。与原有工艺流程直接向分解炉给入冷煤粉相比，该方法利用还原炉对煤粉进行预热处理，原分解炉给煤改为从还原炉给入并进行自持预热，以获得高温气固二元燃料 （煤焦和煤气），之后进入分解炉内燃烧，为水泥生料分解提供热量。煤粉经过预热处理后，一方面，一部分燃料氮在还原炉中直接转化为氮气，减少了燃料型NOx的生成，实现分解炉煤燃烧NOx原位脱除；另一方面，获得的高温燃料与冷煤粉相比具有更强的还原性，进入分解炉后，可对窑气中的高浓度NOx进行强还原。该技术对现行水泥生产工艺改动较少，因而投资和运行成本与现有技术相比具有较大优势，而采用独特的煤粉预热形式，更使得分解炉可以燃用劣质煤和粗颗粒煤，拓展了分解炉的燃料适应性，同时可以达到节能效果。

2.2　技术可行性验证

在实验室条件下，对原位还原脱硝技术的可行性和有效性进行了试验验证，验证平台示意见图2。

图2　原位还原脱硝技术验证平台

试验平台主要由还原炉、分解炉、燃气热风炉、烟气冷却器、布袋除尘器、以及测控系统等组成。燃气热风炉用于产生高温烟气，以模拟回转窑窑尾出口窑气，通过与高浓度NO气体混合，可以调节窑气中的NO浓度。煤粉经过还原炉预处理后产生高温气固二元燃料，并进入分解炉内燃烧，为水泥生料分解提供热量。还原炉处理煤量5 kg/h，分解炉高度7.5 m，分解炉温度900 ℃，窑气量与分解炉烟气量按照实际回转窑与分解炉给煤比例设计。试验过程中，参照实际回转窑窑尾烟气温度和NO浓度，通过调节燃气热风炉参数和NO配气流量，将模拟窑气温度控制在1?000 ℃左右，同时将模拟窑气中NO浓度控制在1?200 ppm，待分解炉内燃烧状态完全达到稳定状态后，测量分解炉出口烟气的NOx浓度。试验结果显示原位还原技术的脱硝效率在60%~80%[5]，且受到还原炉运行条件（还原炉温度、燃烧份额）以及分解炉配风条件等因素的影响。验证结果表明，原位还原脱硝技术用于燃煤水泥窑炉脱硝是完全可行的，而且具有良好的脱硝效果。

2.3　工程示范应用效果

基于中试验证结果，原位还原脱硝技术在宁夏某燃煤水泥窑炉生产线上获得了工程示范应用。该水泥窑炉设计熟料产量2?500 t/d，实际产量2?900 t/d左右，采用五级悬浮预热和窑外预分解工艺，采用SNCR脱硝技术，氨水喷洒位置位于分解炉出口与C5进口之间的烟道上。图3所示为2?500 t/d水泥窑炉低NOx技术示范工程概貌。