沸騰干燥窯氮氧化物減排技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

唐新宇

近年來，隨著國家環(huán)保標準的提升，水泥行業(yè)的氮氧化物排放要求也日趨嚴格，GB 4915-2013《水泥行業(yè)大氣污染物排放標準》（以下簡稱《排放標準》）規(guī)定烘干機、烘干磨、煤磨及冷卻機的氮氧化物排放濃度為300～400mg/m3（分重點地區(qū)和非重點地區(qū)）。沸騰干燥窯是我國水泥企業(yè)普遍使用的設(shè)備，但在未進行氮氧化物減排處理的情況下，沸騰干燥窯的氮氧化物排放濃度往往會超標。目前已有水泥企業(yè)采用SNCR技術(shù)以降低沸騰干燥窯氮氧化物排放濃度，但僅采用SNCR技術(shù)，必然會產(chǎn)生氨逃逸。筆者認為，將沸騰干燥窯結(jié)構(gòu)進行改進并與SNCR技術(shù)相配合，是今后沸騰干燥窯脫硝技術(shù)的發(fā)展方向。

1 沸騰干燥窯基本情況

沸騰干燥窯，也稱為沸騰爐干燥窯、沸騰烘干窯等，由沸騰爐和干燥窯兩部分組成。沸騰爐的燃燒原理是將燃料破碎后注入爐內(nèi)，用爐下方的一次風(fēng)托起，在爐內(nèi)形成沸騰狀的燃燒形態(tài)。沸騰爐產(chǎn)生的高溫?zé)煔饨?jīng)過擋火墻后不經(jīng)省煤器、空氣預(yù)熱器等設(shè)備，與物料同步進入干燥窯（回轉(zhuǎn)窯）內(nèi)。在干燥窯內(nèi)，物料中的水分受熱蒸發(fā)，物料被干燥。由于沸騰爐內(nèi)的特殊環(huán)境適合添加脫硫劑脫硫，同時物料本身也具有一定的脫硫效果，所以沸騰干燥窯排放的煙氣中，二氧化硫濃度較低，一般不會超標排放。但由于沸騰爐爐膛溫度高達600℃～900℃，燃料中氮的釋放必然會導(dǎo)致大量的氮氧化物排放。

2 沸騰干燥窯氮氧化物排放情況

為進一步了解沸騰干燥窯氮氧化物排放的實際情況，我公司現(xiàn)場檢測了多個沸騰干燥窯，其氮氧化物排放濃度結(jié)果如下：

2.1 A廠沸騰干燥窯排放情況

A廠有一條2 500t/d水泥熟料生產(chǎn)線，沸騰干燥窯用于烘干水渣等原料，其氮氧化物排放檢測結(jié)果見表1。根據(jù)《排放標準》規(guī)定，采用獨立熱源的烘干設(shè)備氮氧化物排放基準含氧量為8%，而回轉(zhuǎn)窯氮氧化物排放濃度的基準含氧量為10%，計算沸騰干燥窯氮氧化物排放濃度如下：

式中：

53——平均NO排放濃度值，ppm

46--NO2分子量

8——標準含氧量百分率

18.2 ——實際氣體含氧量百分率

計算結(jié)果表明A廠的沸騰干燥窯實際氮氧化物排放濃度已經(jīng)超標。

2.2 B廠、C廠沸騰干燥窯排放情況

B廠、C廠是單獨的粉磨站，其沸騰干燥窯氮氧化物排放濃度分別見表2、表3。

由表1～3檢測結(jié)果可知，三家水泥廠的沸騰干燥窯的氮氧化物排放濃度均已超過標準限值，據(jù)此估算沸騰干燥窯的平均氮氧化物排放濃度應(yīng)在500～800mg/m3之間。

3 沸騰干燥窯脫硝技術(shù)類型

目前可用于沸騰干燥窯脫硝的技術(shù)主要有以下幾種：

（1）SNCR技術(shù)，即選擇性非催化還原技術(shù)。一般是在850～1 100℃的情況下，將氨水與氮氧化物反應(yīng)生成氮氣和水，該技術(shù)在水泥窯脫硝中得到了廣泛應(yīng)用[1]。沸騰干燥窯的爐膛溫度勉強可以達到這一溫度區(qū)間。據(jù)報道，目前唐山、臨汾等地的水泥廠沸騰干燥窯已利用SNCR法進行脫硝技術(shù)改造，達到了國家環(huán)保要求。但是即便能利用SNCR技術(shù)降低氮氧化物的排放濃度，也不得不面臨嚴峻的氨逃逸問題。

表1 A廠沸騰干燥窯氮氧化物排放濃度

表2 B廠沸騰干燥窯氮氧化物排放濃度

表3 C廠沸騰干燥窯氮氧化物排放濃度

由于氨氣在沸騰爐爐膛的停留時間較短，一般不足1s，同時爐膛溫度相比水泥分解爐低，因此很大比例的氨氣既不能與氮氧化物反應(yīng)生成氮氣，也不能與氧氣燃燒得以脫除，最終造成氨氣逃逸。目前《排放標準》并沒有對獨立熱源的烘干設(shè)備的氨逃逸進行限制，暫時可以采用SNCR技術(shù)降低氮氧化物排放，但是未來氨逃逸肯定會有所規(guī)范，受到限制。

（2）SCR技術(shù)，即選擇性催化還原技術(shù)。一般是在300℃以上，氨水與氮氧化物在催化劑的催化作用下反應(yīng)，生成氮氣和水，在水泥窯上也得到了一定應(yīng)用[2]。由于SCR技術(shù)不需要過高的反應(yīng)溫度，可以直接將其應(yīng)用于沸騰干燥窯。如陳晶[3]等在沸騰干燥窯窯后增加SCR催化劑塔，同時省去了尿素?zé)峤鉅t等設(shè)備，降低了氮氧化物排放濃度。但是SCR技術(shù)投資和運行成本遠高于SNCR技術(shù)，且煙氣可能需要再熱除塵，因此其使用受到一定限制。

（3）改進型SNCR技術(shù)，即通過改進沸騰干燥窯結(jié)構(gòu)，與SNCR技術(shù)配合使用的技術(shù)。目前，SNCR技術(shù)在沸騰干燥窯中應(yīng)用不理想的主要原因是沒有合適的反應(yīng)溫度區(qū)間，如果對沸騰干燥窯的結(jié)構(gòu)進行一些調(diào)整，為SNCR反應(yīng)創(chuàng)造合適的溫度區(qū)間與停留時間，使SNCR技術(shù)能夠發(fā)揮出脫硝作用，那么氮氧化物本底平均排放濃度將低于沸騰干燥窯的排放濃度，經(jīng)SNCR脫硝后的沸騰干燥窯氮氧化物排放濃度一定可以達標。改進沸騰干燥窯結(jié)構(gòu)與SNCR技術(shù)配合使用應(yīng)是今后沸騰干燥窯脫硝技術(shù)的發(fā)展方向。