【水泥人網(wǎng)】一、前言
若不對氮氧化物的排放進行控制，我國“十一五”期間削減二氧化硫10%的努力，將因氮氧化物排放的顯著上升而全部抵消。因此，“十二五”將氮氧化物新列入約束性指標，并指出了“重點行業(yè)和重點地區(qū)氮氧化物排放總量比2010年減少10%”的目標。而我國作為水泥生產(chǎn)世界第一大國，目前擁有水泥企業(yè)近 5000 家，2011年水泥產(chǎn)量為20.85億噸，比上年增長11%，產(chǎn)能占到世界水泥總產(chǎn)量的60%以上。我國水泥行業(yè)排放的NOx總量僅次于火力發(fā)電廠，由于水泥生產(chǎn)帶來的環(huán)境問題也尤為突出，國家十二五計劃明確了水泥廠氮氧化物排放的減排要求，而工業(yè)和信息化部新出臺的《關(guān)于水泥工業(yè)節(jié)能減排的指導(dǎo)意見》中明確要求，到“十二五”末，水泥廠氮氧化物排放在 2009 年基礎(chǔ)上降低 25%。工業(yè)和信息化部發(fā)布《水泥行業(yè)準入條件》明確提出，新建或改擴建水泥(熟料)生產(chǎn)線項目須配置脫除NOx效率不低于60%的煙氣脫硝裝置。因此，探討水泥行業(yè)最佳可行的脫硝技術(shù)顯得尤為迫切。
二、水泥爐窯NOx生成機理
在水泥熟料煅燒過程中，NOx的產(chǎn)生主要源于高溫燃料中的氮和原料中的氮化合物，德國水泥工業(yè)協(xié)會曾統(tǒng)計得出燃料中的氮含量范圍，煤為0.5%~2.0%，重油為0.2%~0.5%，替代燃料≤1%。通過初步分析可以得到，我國≥5000t/d，2500t/d和≤1500t/d的新型干法水泥窯的NOx排放分別為600 mg/Nm3、1100 mg/Nm3和1600 mg/Nm3，全國加權(quán)平均值不超過800 mg/Nm3。水泥窯尾氣中NOx主要成分為NO和NO2，其中NO占90%以上，在所生成的NOx中，熱力型NOx占據(jù)主導(dǎo)，其次為燃料型NOx和物料型NOx。熱力型NOx主要在高于1400℃的回轉(zhuǎn)窯內(nèi)生成，燃料型NOx主要在溫度較低的分解爐或預(yù)熱器內(nèi)生成。
三、水泥廠NOx控制技術(shù)
根據(jù)NOx的生成機理，針對NOx的控制技術(shù)主要分兩類，一類對燃燒過程進行控制，降低NOx的生成，另一類針對已經(jīng)生成的NOx采取脫除措施。
3.1 燃燒過程控制技術(shù)
3.1.1降低燒成溫度措施
由于NOx的形成與燒成溫度有很強的相關(guān)性，實驗表明燃燒溫度從1550℃起，到1900℃以指數(shù)方次急劇上升，特別在1750℃后幾乎是直線上升，而水泥窯的火焰溫度峰值就在這個區(qū)間。因此，要降低NOx的生成，就必須控制好火焰溫度，最好是降低火焰溫度;既要降低火焰溫度又要保證熟料的燒成，就必須降低熟料的燒成溫度。而降低熟料燒成溫度的措施有：一是合理平衡配料方案，在保證熟料質(zhì)量的情況下，適當提高生料的易燒性;二是加入一定量的礦化劑，降低物料的最低共熔點，從而降低燒成溫度。對于生料易燒性較差的窯，該項措施一般能降低NOx排放5~10%。
3.1.2 低NOx燃燒措施
低NOx燃燒措施主要針對窯頭燃燒器，有低氮燃燒、低氧燃燒、濃淡偏差燃燒、煙氣再循環(huán)燃燒、替代燃料燃燒等措施。
如果現(xiàn)有的窯頭燃燒器性能比較陳舊，就應(yīng)該進行升級改造，更新采用大推力、低風量、混合好、火焰粗壯有力的燃燒器，這主要是應(yīng)用低氧、低氮、控高溫原理，減少NOx的生成。也有專門開發(fā)的低NOx燃燒器，除具備上述特點外，還采取了偏差燃燒、替代燃料等措施，這主要是應(yīng)用燃燒中的同時還原原理。偏差燃燒可利用CO還原部分NOx，使用部分替代燃料不但能控制火焰峰值，而且替代燃料中本身就含有少量的脫硝氨。還可采取煙氣再循環(huán)燃燒技術(shù)，比如部分利用窯尾廢氣作為煤風使用，即實現(xiàn)了低氧、低氮，又增加了還原氣氛，還控制了火焰峰值。根據(jù)現(xiàn)有燃燒器的好壞和所采用的低氮燃燒技術(shù)的力度不同，該項措施一般能降低NOx排放5~30%。
3.1.3分級燃燒自還原措施
一是按溫度分級，把不需要高溫燒成的那部分煤放在窯頭以外去燒，以減少NOx的生成，現(xiàn)在的窯外分解窯就是這種天然的工藝，所以它比其他回轉(zhuǎn)窯排放的NOx要少;
二是按氣氛分級，先在還原氣氛中還原窯內(nèi)高溫形成的NOx，后在富氧氣氛中把窯外煤燃盡，這項工作可以在分解爐完成，早期的DD型分解爐就有這種功能。具體根據(jù)分解爐的現(xiàn)場特點，將分解爐分為主還原區(qū)、弱還原區(qū)、完全燃燒區(qū)。主還原區(qū)設(shè)在分解爐的下錐部，對過?？諝獠欢嗟母G尾廢氣，在不給三次風的情況下再給一部分煤，使其形成更濃的還原氣氛，實現(xiàn)對窯尾廢氣中NOx的部分還原。弱還原區(qū)設(shè)在中部，將剩余的分解爐用煤全部加入，但分解爐用三次風卻不給全，在保證煤粉燃燒的情況下形成較弱的還原氣氛，一是進一步還原窯尾廢氣，二是減少分解爐燃燒中的NOx形成。完全燃燒區(qū)設(shè)在分解爐的上部，在不給煤的情況下，將剩余的三次風補入，以確保煤粉在富氧條件下燃盡。
根據(jù)分級燃燒措施的合理程度，該項措施一般能降低NOx排放30~50%。
