浅谈水泥窑烟气脱硝

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摘要：本文首先对当前水泥行业的排放现状进行了简要介绍，进而对水泥行业的脱硝技术进行了论述。

关键词：水泥窑 中国气脱硝

1 碳氧化物减排的社会效益

随着我国工业的持续发展，由氮氧化物等污染物引起的臭氧和细粒子污染问题日益突出，严重威胁着人民群众的身体健康，成为当前迫切需要解决的环境问题。我国在“十二五”规划中新增了氨氮（NH3）和氮氧化物（NOX）排放的两项大气污染物的约束性指标，要求“十二五”期间工业氮氧化物排放减少10%，氮氧化物减排已经成为我国下一阶段污染治理和减排的重点。2007年全国氮氧化物的排放总量约为1800万吨~2000万吨。全国氮氧化物的排放量年增长率为5%~8%。如果不采取进一步的氮氧化物减排措施，到2030年我国氮氧化物排放量将达到3540万吨。

2 水泥行业排放现状

在我国，水泥行业氮氧化物的排放量已是居火力发电、汽车尾气排放之后的第三排放大户。2010年，全国累计水泥产量已达18.7亿吨（熟料产量约为13.5亿吨），排放氮氧化物175万吨，水泥企业近5000家。据发改委数据显示，截至2010年底，国内新型干法水泥生产线已到达1300多条，其中60%左右为日产4000吨、5000吨水泥生产线。水泥行业氮氧化物排放占全国氮氧化物排放量的百分率高达12%~15%。

3 水泥行业排放标准

随着国家将氮氧化物的削减正式提上日程，相关部门相继出台了一系列与水泥生产NOx排放控制的政策与污染物排放标准：GB4915-2004水泥工业大气污染物排放标准，水泥窑NOx排放量应小于800mg/Nm3(标况气体，折算为NO2，以10%氧含量为基准，下同) ；GB50259-2008 水泥厂设计规范规定，水泥厂焚烧废弃物NOx排放量应小于500mg/Nm3。氮氧化物排放量已被国家列入“十二五”规划的控制性目标，要求2015年氮氧化物排放总量比2010年下降10％；工业和信息化部的《水泥行业准入条件》（工原[2010]第127号文件）“对水泥行业大气污染物实行总量控制，新建或改扩建水泥（熟料）生产线项目须配置脱除NOx效率不低于60%的烟气脱氮装置”。

4 水泥窑氮氧化物的特性

新型干法水泥生产线中，物料烧成的关键技术装备是回转窑，这也是水泥行业排放氮氧化物的主要来源。煅烧水泥熟料时生成一氧化氮的途径主要有热力氮氧化物（燃料在水泥窑头1400℃以上燃烧时产生大量NO）、瞬发氮氧化物（有碳氢存在时，于火焰前端瞬发形成的NO，一般比例很小）、燃料氮氧化物（它是由燃料中所含的化学接合氮所产生的）和生料氮氧化物（它是由窑喂料中含氮的化合物分解后而形成的NO）4种。在窑废气中NO2一般仅占NO+NO2总量的5%以下，NO则占总量的95%以上。

5 新型干法水泥窑常用氮氧化物控制技术

5.1 低硝燃烧技术：根据氮氧化物的生成机理，主要通过采用空气分级燃烧、燃料分级燃烧、烟气再循环和低氮燃烧器等方法降低煤粉燃烧过程中氮氧化物的生成量。此技术的优点是有效地降低了氮氧化物的排放，可达到25%~30%的NOX脱除率；无运行成本，且对水泥正常生产无不利影响，无二次污染，分级燃烧脱氮技术是一项清洁的技术。其缺点是一次投资大，需要适当停窑周期实施改造，同时要有经验中控操作人员进行调整。

5.2 选择性非催化剂还原（SNCR）技术：将氨水（或其它氨、胺基物质）在高温和没有催化剂的情况下，通过烟道中气流中产生的氨自由基与NOX反应，把NOX还原成N2和H20，降低系统的NOX排放。SNCR工艺的主要化学反应如下：4NO+4NH3+O24N2+6H2O

2NO2+4NH3+O23N2+6H2O

尿素、NH3均可作为还原剂；温度过高氨会和氧反应生成NOx；温度过低NOx还原反应的速率过低，造成原烟气中有过量的氨逃逸或是生料物料上有氨沉积；因此必须寻找合理的氨气喷入位置，达到适合SNCR反应的温度区间。该工艺设备简单使用率高，固定投资少，不用催化剂。缺点是脱硝率低，一般仅为50%~80%，对反应温度要求高，需准确控制反应区内的温度，需要比较高的NH3/NOX值（一般大于1），部分NH3被产品吸收。

5.3 选择性催化还原（SCR）技术：该技术大规模的应用于国内外的电力行业中。SCR是利用NH3与NO反应的选择性，选择合适的催化剂，在350~400℃，在催化剂表面将富氧烟气中的NO还原成N2和H2O。

该技术的优点是脱氮效率高，可达80%~90%，适用温度范围300~450℃，最低可达250℃；其缺点是需用催化剂，占用空间大，运行成本高，投资大而且催化剂易受多种影响而失效。

各种脱硝技术在水泥行业应用的脱氮效率见下表：

目前水泥行业的脱硝技术中，SNCR技术在国内外得到了广泛的应用。

例如，在欧洲2006年ERG公司的报告中指出，按照欧盟IPPC指令，SNCR工艺是目前可用于水泥工业回转窑上的脱硝技术。2009年，在欧洲有283条水泥生产线，西欧大部分水泥厂都配备SNCR脱硝系统，东欧也有50家配备了SNCR脱硝系统。在这些工程中还原剂多为浓度为25％的氨水，NH3/NOx比值为0.5～0.9，脱硝效率为10～50％。瑞典的两座干法回转水泥窑在安装SNCR装置之后，在NH3/NOx比值为1.0～1.2的条件下，脱硝效率达到80～85％，究其原因是采用了多点喷射技术（12个点），使反应有足够的时间发生。在北美地区，在2006年之前，至少有9家水泥窑采用了SNCR技术。

国内的日产5000吨熟料新型干法水泥生产线中，中材湘潭水泥有限责任公司进行SNCR技术改造后，氮氧化物排放最多可降低80%；广州珠江水泥厂进行SNCR技术改造后，在亚运会期间达到了广州市氮氧化物排放水平在原有基础上降低60%的要求。

综上所述，SNCR技术在水泥窑脱硝的应用得到了比较深入和广泛的研究，并且有了大量的工程应用示范，是一种成熟的NOx控制处理技术。

6 小结

6.1新型干法窑分解炉的采用，是60%~70%的燃料在900~1100℃温度范围内燃烧，从源头上大幅降低了氮氧化物的产生。

6.2 从世界范围来看，已实施的水泥厂脱硝工程，几乎全部采用SNCR脱硝技术。SNCR脱硝是目前水泥行业脱硝的主流技术。

6.3 SNCR法的脱硝的效率为50%～80%，低于选择性催化还原法(SCR)脱硝的效率(80%～90%)，而SNCR法的费用只有SCR 法的五分之一左右。

6.4 随着水泥行业的发展和环保标准要求的不断提高，SNCR和SCR脱硝将会得到广泛的运用。