摘要：水泥行業(yè)是氮氧化物排放的大戶，本文從氮氧化物的形成、目前脫硝的方法入手，分析探討水泥脫硝技術(shù)。

1前言

氮氧化物(NOx)是主要的大氣污染物之一，是多種氮的氧化物的總稱，其中絕大部分為NO和NO2。NOX的主要危害有：①可刺激肺部，使之難抵抗感冒之類的呼吸系統(tǒng)疾病;②一氧化氮和二氧化氮為主的氮氧化物是形成光化學(xué)煙霧和酸雨的重要原因。我國NOX排放的來源主要是化石燃料，尤其是煤的燃燒。目前，我國有3000多家水泥企業(yè)，新型干法生產(chǎn)線1800余條，水泥行業(yè)氮氧化物的排放占總排放量約10%，是除了電力和機(jī)動車外的第三大排放污染源n]。《水泥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB4915-2013)圈中規(guī)定：新建企業(yè)和現(xiàn)有企業(yè)執(zhí)行窯尾NOX排放濃度不大于400mg/Nm3的規(guī)定，重點(diǎn)地區(qū)執(zhí)行NOX排放濃度不大于320mg/Nm3的規(guī)定。

2水泥行業(yè)氮氧化物形成的原因

水泥企業(yè)生成NOX的途徑主要有四種：①熱力型NOX，燃料在窯頭1400℃以上燃燒時會產(chǎn)生大量NOX;②快速型NOX它是有碳?xì)涓嬖跁r，于火焰前端快速形成的NOX，一般這種快速N0生成量的比例很小;③燃料型NOX，它是由燃料中所含的化學(xué)接合氮所產(chǎn)生的;④生料型NOX，它是由窯喂料中含氮的化合物分解后而形成的NOX。在水泥窯廢氣中，NO2通常只占NO+NO2總量的5%以下，NO則占總量的95%以上。

通過研究和分析氮氧化物形成的原因，才能清楚地認(rèn)識到，水泥生產(chǎn)過程中的氮氧化物是怎樣產(chǎn)生的。才能從根本上來遏制氮氧化物的形成，或者是通過采用什么有效手段來降低氮氧化物的排放，從而可以有效的研究出水泥脫硝的方法。

3水泥行業(yè)脫硝處理的方法

目前、水泥行業(yè)脫硝方法主要分為兩類：一是從煅燒工藝上來進(jìn)行改進(jìn)，已達(dá)到減少氮氧化物的目的，不用增加太多的設(shè)備和裝置;二是增設(shè)脫硝設(shè)備和裝置來減少氮氧化物，主要包括選擇性非催化還原技術(shù)(SNCR)和選擇性催化還原技術(shù)(SCR)。

3.1從煅燒工藝上入手來進(jìn)行脫硝

3.1.1改進(jìn)燃燒器或分解爐

在較低的溫度下或氧氣濃度低的情況下進(jìn)行燃燒，可以有效的降低氮氧化物的生成因此，需要研究新型的燃燒器或分解爐，對燃燒器或分解爐進(jìn)行改進(jìn)。低氮燃燒器的主要特點(diǎn)是推力大，煤和空氣混合好，燃燒速率快。它與傳統(tǒng)的燃燒器相比，需要的過?？諝庀禂?shù)小，火焰溫度也較低，因此生成的氮氧化物少。采用低氮分解爐，同樣是為了減少分解爐中氮氧化物的形成，其原理與低氮燃燒器類似。

3.1.2采用分級燃燒技術(shù)

目前，分級燃燒主要分為空氣分級燃燒和煤粉分級燃燒。

空氣分級燃燒技術(shù)是國內(nèi)外采用較多的一種低氮燃燒技術(shù)。其原理就是將分解爐燃燒所需的三次空氣量由原來的底部切向?qū)敫某煞謨杉壦腿?，燃料在缺氧狀態(tài)下燃燒，燃燒速度和溫度都在降低，從而減少了熱力型NOX的產(chǎn)生。同時，燃燒產(chǎn)生的cO參與NOX的還原反應(yīng)。另一部分三次風(fēng)以二次風(fēng)的形式進(jìn)分解爐的二級燃燒區(qū)，即燃盡區(qū)，此區(qū)為富氧燃燒區(qū)，此時空氣量增多，會產(chǎn)生新的NOX，但因?yàn)闇囟认鄬^低，新生成的NOX的量不高。

2CO+2N0~2CO2+N2

NH+NH—N2+H2

NH+NO—N2+OH

煤粉分級燃燒技術(shù)又稱為再燃燒技術(shù)，是將分解爐用煤粉分上下兩層喂入，這樣，在分解爐的底部就形成了強(qiáng)還原區(qū)，以此消除回轉(zhuǎn)窯過來的二次風(fēng)以及爐內(nèi)本身燃燒形成的NOX，從而起到降氮的作用。

分級燃燒技術(shù)主要就是改變了分解爐內(nèi)內(nèi)燃燒時的氣氛，讓爐內(nèi)變成了強(qiáng)還原區(qū)，在不影響正常生產(chǎn)的情況下，降低了NOX的產(chǎn)生。這種方式雖然降低N0的比例不高，大約15%~25%，但基本上不用增加運(yùn)行成本，可靠性高。

3.1.3高固氣比懸浮預(yù)熱技術(shù)

高固氣比懸浮預(yù)熱分解系統(tǒng)采用雙系列并聯(lián)平行氣流與交叉串行料流方式及外循環(huán)分解爐，使得大部分物料在分解爐與預(yù)熱器內(nèi)得以分解，70%以上的燃料均在分解爐燃燒，大大減少了回轉(zhuǎn)窯的燃料量，使得回轉(zhuǎn)窯產(chǎn)生的NOx量降低。雖大部分的燃料在分解爐燃燒，但分解爐處的溫度較低，操作條件相對穩(wěn)定，且低溫分解爐較易形成還原氣氛，這對N0減排有利。同時，分解爐是外循環(huán)系統(tǒng)，燃料與氣體的接觸時間延長，則生成的NOx與爐內(nèi)的還原氣氛接觸時間延長，這也有利于已生成NOx的還原。

可以看出，高固氣比懸浮預(yù)熱技術(shù)改變了物料分解方式，讓物料不用在水泥旋轉(zhuǎn)窯內(nèi)分解，通過五級八次氣固換熱，提高了系統(tǒng)的熱效率，有效降低了煙氣溫度和煤耗，最終大大的降低了NOx的排放。

3.2增設(shè)脫硝設(shè)備入手來進(jìn)行脫硝

3.2.1選擇性非催化還原技術(shù)SNCR

SNCR技術(shù)是一種成熟的NOx控制處理技術(shù)。此方法是在分解爐的合適溫度區(qū)域加入還原劑氨水或尿素，在有部分氧存在的條件下，氨與NOx發(fā)生選擇性非催化還原反應(yīng)，將NOx轉(zhuǎn)化成無污染的N2，主要化學(xué)反應(yīng)有：

4N0+4NH3+O2--*4N2+6H20

6NO+4NH3—5N2+6H20

6NO2+SNH3—7N2+12H20

2NO2+4NH3+02-+3N2+6H20

3.2.2選擇性催化還原技術(shù)(SCR)

SCR技術(shù)大規(guī)模的應(yīng)用于國內(nèi)外的電力行業(yè)中，在水泥行業(yè)還未廣泛開展應(yīng)用。SCR是利用NH3與NO反應(yīng)的選擇性，選擇合適的催化劑，在350--~400℃時，在催化劑表面將富氧煙氣中的N0還原成N和H2O。SCR化學(xué)反應(yīng)與SNCR是一樣的，只是降低了反應(yīng)溫度，提高了脫硝效率。

SCR技術(shù)又主要分為高溫高塵、低溫低塵脫硝技術(shù)。高溫高塵SCR反應(yīng)器布置在第一級旋風(fēng)預(yù)熱器之后，溫度約為350℃，粉塵濃度80～100g/m3。其技術(shù)特點(diǎn)是：該溫度范圍適合大多數(shù)催化劑的工作溫度，此處煙氣溫度與常規(guī)催化劑活性溫度窗口較為吻合，無需對煙氣進(jìn)行再加熱。低溫低塵SCR反應(yīng)器布置在窯尾除塵器后，溫度約為250℃，粉塵濃度50mg/m3。催化劑可在無塵煙氣中工作，可以減少煙塵對催化劑的磨蝕性，但由于煙氣溫度低(<250℃，難以達(dá)到催化劑的工作溫度，需增加加熱裝置，增加能耗和運(yùn)行費(fèi)用。

3.2.3SNCR與SCR兩種脫硝技術(shù)的比較

這兩種技術(shù)各有優(yōu)缺點(diǎn)，兩者技術(shù)指標(biāo)對比如表1所示。

由表1可知，SCR與SNCR相比，脫硝溫度更低，效率更高，但是運(yùn)行成本更高，且催化劑有可能中毒，活性降低。因此，目前水泥行業(yè)基本上都是采用SNCR技術(shù)來進(jìn)行脫硝，脫硝效率較低，在40%~70%之間，能夠達(dá)到目前氮氧化物排放的要求。

SCR技術(shù)的核心就是催化劑，其壽命決定了水泥脫硝的運(yùn)行成本，若能夠提高其運(yùn)行壽命，降低其中毒的幾率，在未來排放要求越來越高的情況下，SCR技術(shù)是必定作為水泥企業(yè)第一選擇的。

目前，國內(nèi)大多數(shù)水泥生產(chǎn)線NOx排放都高于850mg/Nm。，長期使用SNCR系統(tǒng)，單位熟料氨水的消耗成本如果按4元/t估算，平均產(chǎn)量5500t/d生產(chǎn)線，每天約耗費(fèi)2.2萬元人民幣，年運(yùn)轉(zhuǎn)320天，脫硝成本約為704萬元/年。由此可見，水泥脫硝成本還是很高的，特別是在水泥行業(yè)利潤已經(jīng)十分微薄的大環(huán)境下。因此，需要對脫硝技術(shù)進(jìn)行深入研究，不斷降低脫硝成本，這樣才是對于水泥企業(yè)及環(huán)境都是最佳的選擇。

4結(jié)語

目前，水泥行業(yè)脫硝是勢在必行的，但在此過程中也存在不少問題。針對水泥行業(yè)脫硝，提出幾條建議：

(1)不斷研究燃燒過程中降低氮氧化物的方法，通過空氣分級和燃料分級，在不增加成本的情況下來降低氮氧化物的形成。

(2)SNCR雖然運(yùn)行成本相對較低，但是有脫硝效率相對較低的致命缺陷，在未來環(huán)保要求更高時，將很難滿足國家排放要求，因此應(yīng)大力研發(fā)SCR技術(shù)，開發(fā)出溫度更低、使用壽命更長、不容易中毒的催化劑，降低使用成本，提高脫硝效率。

(3)為了提高脫硝效率，可以考慮多種脫硝方式結(jié)合的方法。舊的水泥廠可采用空氣分級、燃料分級與SNCR(或SCR)結(jié)合的方式來提高脫硝效率，而新建水泥廠則可以考慮采用高固氣比技術(shù)與SNCR(或SCR)結(jié)合的方式來實(shí)現(xiàn)降低氮氧化物排放的目標(biāo)。

來源:《廣東建材》  作者:陳躍勛 張訓(xùn)  

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