水泥行业烟气多种污染物“超低排放”整体解决方案

如保证水泥窑NOx超低排放，科行环保根据近几年来开发的降低水泥窑氮氧化物排放技术及研究成果，拟采用技术思路：

(1)在窑头主燃烧器采用低NOx燃烧器。

水泥工厂大都选用一次风量在10%以上的燃烧器，低NOx燃烧器就是一次风量低的燃烧器，可选用一次风量在5%~6%之间。该类型燃烧器低NOx原理为：大量降低一次风量可以增加高温二次风量，再由于喷咀外风高速喷射卷吸高温二次风进喷咀中心，使煤粉着火速度加快，使氮与氧来不及化合，减少NOx形成。燃烧器的设计，依靠调节最佳的一次风量、燃烧火焰的引燃距离、火焰温度分布，燃烧器附近可用的氧量使NOx量处于低水平。通常，窑尾废气NOx含量降低在10~30%。市面上很多号称低氮燃烧器大都采用降低燃烧器火焰温度来达到的，当原料易烧性差的时候，需要提高燃烧温度时，燃烧器无法满足要求，使得回转窑产量降低，最终废弃该燃烧器。

(2)分解炉空气分级燃烧。

空气分级燃烧原理是分出一部分三次风管高温气体去分解炉中部，使喷煤管处燃烧在缺氧状况下进行(理论计算此处过剩空气系数α在0.8左右)，燃料先在缺氧富燃料条件下燃烧，使得燃烧速度和温度降低，燃烧生成的CO与NO等还原气体，中和部分从回转窑生成的热力型氮氧化物以及分解炉内生成的燃料型氮氧化物;分出部分三次风管空气进入分解炉中部(进入高度位置通过热工计算，条件是满足大于1秒氮氧化物中和时间即可)，使未燃烧燃料继续燃烧，该风形象描述为“火上风”。

其反应式为：

2CO+2NO→2CO+N2NH+NH→N2+H2NH+NO→N+OH

(3)分解炉燃料分级燃烧。

燃料分级燃烧是指在烟室和分解炉之间建立还原燃烧区，将原分解炉用燃料的一部分均布到该区域内，使其缺氧燃烧以便产生CO、CH4、H2、HCN和固定碳等还原剂。这些还原剂与窑尾烟气中的NOx(窑内热力型NOx)发生反应，将NOx还原成N2等无污染的惰性气体。此外，煤粉在缺氧条件下燃烧也抑制了自身燃料型NOx产生，从而实现水泥生产过程中的NOx减排。

在分解炉锥部增设两个脱除NOx的燃烧器，煤粉从窑尾输送管的四路阀中引出，通过电动调节阀门开度，来控制上下两层燃烧器的用煤量。在锥部的脱氮喷嘴根据生产实际情况及工艺操作参数，考虑喷入一定量的燃料，控制空气过剩系数，保持一定炉区温度与停留时间，在分解炉锥部形成一个强还原区，对回转窑内产生的热力NOx进行还原，从而达到有效控制NOx的形成。当三次风进入分解炉系统后，在分解炉的柱体及其以上部位形成强氧化区，确保煤粉在分解炉内的完全燃烧，从而保证烧成系统的正常运行。

作为脱硝用的分级燃烧技术，其脱硝效率取决于脱硝燃烧区域的空燃比、脱硝燃烧时间、脱硝燃烧的空燃混合状况。基于在有限的结构空间内实现最优化的脱硝效果，通过对单通道脱硝燃烧器的风煤喷射角度的优化，利用优选的旋流卷吸效应，提高了分级燃烧区域的脱硝效率，进一步实现了装备空间结构设计的优化。

(4)优化操作。

不论采用空气分级还是采用燃料分级，要求烧成系统操作时，窑尾烟室O2含量不能大于3%(最好在1%以内)，实际就是控制回转窑内空气过剩系数尽量小，否则，分级燃烧没有任何效果。另外，窑内空气过剩系数小，窑内热力型NOx生成量也少，因此，优化操作非常重要，通常可以调节窑尾高温风机转速或三次风管闸门开度来控制窑尾烟室O2含量。

(5)配料调整。

窑头燃烧器NOx的生成主要受燃料性质以及火焰温度、火焰形状、滞留时间、过剩空气量的影响，窑头燃烧生成NOx主要是热力型，烧成带温度通常在1200℃～1400℃，燃烧器火焰温度高达1700℃~2000℃，降低烧成带温度，就可以降低火焰温度，当火焰温度低于1500℃，热力型NOx生成量极少，因此，配料时可考虑生料的易烧性小配比，易烧性系数BF=LSF+10SM-3(MgO+AL)(LSF-石灰饱和系数，SM-硅酸率，AL-当量碱含量%)，BF越小越易烧(<0.5时为易熔料，0.5~0.6为易烧料，>0.6为难烧料)，因此，在满足熟料强度基础上，尽量配制合适石灰饱和系数(KH)及低硅率(SM)原料配比。

如果有可能的话，采用低的含N元素低的燃料，降低分解炉内燃料型NOx生成量。以上措施目的为了降低NOx生成量，使SNCR还原剂消耗量减小，以降低生产成本。

(6)采用选择性非催化还原技术，在分解炉内喷射氨水或尿素降低NOx。

选择性非催化还原(SelectiveNon-CatalyticReduction，以下简写为SNCR)技术是一种氮氧化物控制处理技术。SNCR技术属于燃烧后控制技术，是将氨水或尿素等氨基物质在一定的条件下与烟气混合，在不使用催化剂的情况下将氮氧化物还原成为无毒的氮气和水，氨水/尿素还原氮氧化物总的化学反应为：

4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O4NH3+2NO+O2→3N2+6H2O8NH3+6O2→7N2+l2H2O

氨水/尿素喷射的过程对于喷入点的烟气温度水平非常敏感。影响SNCR反应的关键因素有：反应温度、氨氮(NH3/NO)摩尔比、氮氧化物初始浓度、烟气中O2浓度、停留时间等因素。

科行环保通过大量工程经验获得，采用不同的NH3/NO化学当量比在脱除NO上具有不同的效果。氨水/尿素在高温条件下的反应是双向的，既存在氧化形成N2或者NO的可能，也存在着和NO通过复杂的系列反应形成N2的可能。这两种反应均与反应的温度具有密切的关系，在800℃以下，两种反应均具有很低的反应速度，主要还是以氨气的形式存在于烟气中，随着反应温度的升高，氨和NO的反应占有主导地位，烟气中的NO被大量还原，而当温度超过1100℃以后，氨气的氧化是主要的，烟气中的NO将呈现增加的趋势。在分解炉中，由于生料分解炉的平衡吸热，导致分解炉的出口温度通常在820℃～870℃之间波动，能满足SNCR的要求。因此在分解炉的中上部分及最下一级旋风筒C5之间的区域作为喷氨脱氮的反应区域是完全合适的。由于SNCR反应的温度区域和空间区域在分解炉-预热器系统内相对处于一个比较狭窄的空间内，因此必须尽快完成氨气在反应区域内的充分分散加快反应的进行，确保氨的利用率在70%以上，尽量降低氨在生料磨-窑尾上几级预热器之间的无效循环。

和其他的措施相比，采用SNCR方法具有一定的运行成本，但也具有较理想的脱氮效果，基本可以确保其脱除效果大于60%。科行环保通过大量工程表明，单采用SNCR法完全有可能在水泥厂取得NOX排放在400mg/Nm3以下的效果。

该系统包括氨水(或尿素)储存系统，氨水(或尿素)溶液传输模块以及溶液喷射系统。

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