淺談水泥窯煙氣脫硝

摘要：本文首先對(duì)當(dāng)前水泥行業(yè)的排放現(xiàn)狀進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹，進(jìn)而對(duì)水泥行業(yè)的脫硝技術(shù)進(jìn)行了論述。

關(guān)鍵詞：水泥窯 中國(guó)氣脫硝

1 碳氧化物減排的社會(huì)效益

隨著我國(guó)工業(yè)的持續(xù)發(fā)展，由氮氧化物等污染物引起的臭氧和細(xì)粒子污染問題日益突出，嚴(yán)重威脅著人民群眾的身體健康，成為當(dāng)前迫切需要解決的環(huán)境問題。我國(guó)在“十二五”規(guī)劃中新增了氨氮（NH3）和氮氧化物（NOX）排放的兩項(xiàng)大氣污染物的約束性指標(biāo)，要求“十二五”期間工業(yè)氮氧化物排放減少10%，氮氧化物減排已經(jīng)成為我國(guó)下一階段污染治理和減排的重點(diǎn)。2007年全國(guó)氮氧化物的排放總量約為1800萬噸~2000萬噸。全國(guó)氮氧化物的排放量年增長(zhǎng)率為5%~8%。如果不采取進(jìn)一步的氮氧化物減排措施，到2030年我國(guó)氮氧化物排放量將達(dá)到3540萬噸。

2 水泥行業(yè)排放現(xiàn)狀

在我國(guó)，水泥行業(yè)氮氧化物的排放量已是居火力發(fā)電、汽車尾氣排放之后的第三排放大戶。2010年，全國(guó)累計(jì)水泥產(chǎn)量已達(dá)18.7億噸（熟料產(chǎn)量約為13.5億噸），排放氮氧化物175萬噸，水泥企業(yè)近5000家。據(jù)發(fā)改委數(shù)據(jù)顯示，截至2010年底，國(guó)內(nèi)新型干法水泥生產(chǎn)線已到達(dá)1300多條，其中60%左右為日產(chǎn)4000噸、5000噸水泥生產(chǎn)線。水泥行業(yè)氮氧化物排放占全國(guó)氮氧化物排放量的百分率高達(dá)12%~15%。

3 水泥行業(yè)排放標(biāo)準(zhǔn)

隨著國(guó)家將氮氧化物的削減正式提上日程，相關(guān)部門相繼出臺(tái)了一系列與水泥生產(chǎn)NOx排放控制的政策與污染物排放標(biāo)準(zhǔn)：GB4915-2004水泥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，水泥窯NOx排放量應(yīng)小于800mg/Nm3(標(biāo)況氣體，折算為NO2，以10%氧含量為基準(zhǔn)，下同) ；GB50259-2008 水泥廠設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，水泥廠焚燒廢棄物NOx排放量應(yīng)小于500mg/Nm3。氮氧化物排放量已被國(guó)家列入“十二五”規(guī)劃的控制性目標(biāo)，要求2015年氮氧化物排放總量比2010年下降10％；工業(yè)和信息化部發(fā)布的《水泥行業(yè)準(zhǔn)入條件》（工原[2010]第127號(hào)文件）“對(duì)水泥行業(yè)大氣污染物實(shí)行總量控制，新建或改擴(kuò)建水泥（熟料）生產(chǎn)線項(xiàng)目須配置脫除NOx效率不低于60%的煙氣脫氮裝置”。

4 水泥窯氮氧化物的特性

新型干法水泥生產(chǎn)線中，物料燒成的關(guān)鍵技術(shù)裝備是回轉(zhuǎn)窯，這也是水泥行業(yè)排放氮氧化物的主要來源。煅燒水泥熟料時(shí)生成一氧化氮的途徑主要有熱力氮氧化物（燃料在水泥窯頭1400℃以上燃燒時(shí)產(chǎn)生大量NO）、瞬發(fā)氮氧化物（有碳?xì)浯嬖跁r(shí)，于火焰前端瞬發(fā)形成的NO，一般比例很小）、燃料氮氧化物（它是由燃料中所含的化學(xué)接合氮所產(chǎn)生的）和生料氮氧化物（它是由窯喂料中含氮的化合物分解后而形成的NO）4種。在窯廢氣中NO2一般僅占NO+NO2總量的5%以下，NO則占總量的95%以上。

5 新型干法水泥窯常用氮氧化物控制技術(shù)

5.1 低硝燃燒技術(shù)：根據(jù)氮氧化物的生成機(jī)理，主要通過采用空氣分級(jí)燃燒、燃料分級(jí)燃燒、煙氣再循環(huán)和低氮燃燒器等方法降低煤粉燃燒過程中氮氧化物的生成量。此技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是有效地降低了氮氧化物的排放，可達(dá)到25%~30%的NOX脫除率；無運(yùn)行成本，且對(duì)水泥正常生產(chǎn)無不利影響，無二次污染，分級(jí)燃燒脫氮技術(shù)是一項(xiàng)清潔的技術(shù)。其缺點(diǎn)是一次投資大，需要適當(dāng)停窯周期實(shí)施改造，同時(shí)要有經(jīng)驗(yàn)中控操作人員進(jìn)行調(diào)整。

5.2 選擇性非催化劑還原（SNCR）技術(shù)：將氨水（或其它氨、胺基物質(zhì)）在高溫和沒有催化劑的情況下，通過煙道中氣流中產(chǎn)生的氨自由基與NOX反應(yīng)，把NOX還原成N2和H20，降低系統(tǒng)的NOX排放。SNCR工藝的主要化學(xué)反應(yīng)如下：4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O

2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O

尿素、NH3均可作為還原劑；溫度過高氨會(huì)和氧反應(yīng)生成NOx；溫度過低NOx還原反應(yīng)的速率過低，造成原煙氣中有過量的氨逃逸或是生料物料上有氨沉積；因此必須尋找合理的氨氣噴入位置，達(dá)到適合SNCR反應(yīng)的溫度區(qū)間。該工藝設(shè)備簡(jiǎn)單使用率高，固定投資少，不用催化劑。缺點(diǎn)是脫硝率低，一般僅為50%~80%，對(duì)反應(yīng)溫度要求高，需準(zhǔn)確控制反應(yīng)區(qū)內(nèi)的溫度，需要比較高的NH3/NOX值（一般大于1），部分NH3被產(chǎn)品吸收。

5.3 選擇性催化還原（SCR）技術(shù)：該技術(shù)大規(guī)模的應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外的電力行業(yè)中。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℃，在催化劑表面將富氧煙氣中的NO還原成N2和H2O。

該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是脫氮效率高，可達(dá)80%~90%，適用溫度范圍300~450℃，最低可達(dá)250℃；其缺點(diǎn)是需用催化劑，占用空間大，運(yùn)行成本高，投資大而且催化劑易受多種影響而失效。

各種脫硝技術(shù)在水泥行業(yè)應(yīng)用的脫氮效率見下表：

目前水泥行業(yè)的脫硝技術(shù)中，SNCR技術(shù)在國(guó)內(nèi)外得到了廣泛的應(yīng)用。

例如，在歐洲2006年ERG公司的報(bào)告中指出，按照歐盟IPPC指令，SNCR工藝是目前可用于水泥工業(yè)回轉(zhuǎn)窯上的脫硝技術(shù)。2009年，在歐洲有283條水泥生產(chǎn)線，西歐大部分水泥廠都配備SNCR脫硝系統(tǒng)，東歐也有50家配備了SNCR脫硝系統(tǒng)。在這些工程中還原劑多為濃度為25％的氨水，NH3/NOx比值為0.5～0.9，脫硝效率為10～50％。瑞典的兩座干法回轉(zhuǎn)水泥窯在安裝SNCR裝置之后，在NH3/NOx比值為1.0～1.2的條件下，脫硝效率達(dá)到80～85％，究其原因是采用了多點(diǎn)噴射技術(shù)（12個(gè)點(diǎn)），使反應(yīng)有足夠的時(shí)間發(fā)生。在北美地區(qū)，在2006年之前，至少有9家水泥窯采用了SNCR技術(shù)。

國(guó)內(nèi)的日產(chǎn)5000噸熟料新型干法水泥生產(chǎn)線中，中材湘潭水泥有限責(zé)任公司進(jìn)行SNCR技術(shù)改造后，氮氧化物排放最多可降低80%；廣州珠江水泥廠進(jìn)行SNCR技術(shù)改造后，在亞運(yùn)會(huì)期間達(dá)到了廣州市氮氧化物排放水平在原有基礎(chǔ)上降低60%的要求。

綜上所述，SNCR技術(shù)在水泥窯脫硝的應(yīng)用得到了比較深入和廣泛的研究，并且有了大量的工程應(yīng)用示范，是一種成熟的NOx控制處理技術(shù)。

6 小結(jié)

6.1新型干法窯分解爐的采用，是60%~70%的燃料在900~1100℃溫度范圍內(nèi)燃燒，從源頭上大幅降低了氮氧化物的產(chǎn)生。

6.2 從世界范圍來看，已實(shí)施的水泥廠脫硝工程，幾乎全部采用SNCR脫硝技術(shù)。SNCR脫硝是目前水泥行業(yè)脫硝的主流技術(shù)。

6.3 SNCR法的脫硝的效率為50%～80%，低于選擇性催化還原法(SCR)脫硝的效率(80%～90%)，而SNCR法的費(fèi)用只有SCR 法的五分之一左右。

6.4 隨著水泥行業(yè)的發(fā)展和環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求的不斷提高，SNCR和SCR脫硝將會(huì)得到廣泛的運(yùn)用。