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1我国大气污染现状
我国是以燃煤为主的发展中国家,燃煤造成的大气污染日趋严重,而氮氧化物(NOx)是其主要成分之一,包括NO、NO2、N2O、N2O3、N2O5等多种氮的氧化物,燃煤窑炉排放的NOx中绝大部分是NO。NO的毒性不是很大,但是在大气中NO可以氧化生成NO2。NO2比较稳定,其毒性是NO的4~5倍。空气中NO2的含量在3.5×10-6(体积分数)持续1h,就开始对人体有影响;含量为(20~50)×10-6时,对人眼有刺激作用。含量达到150×10-6时,对人体器官产生强烈的刺激作用。此外,NOx还导致光化学烟雾和酸雨的形成。由于大气的氧化性,NOx在大气中可形成硝酸(HNO3)和硝酸盐细颗粒物,同硫酸(H2SO4)和硫酸盐颗粒物一起,易加速区域性酸雨的恶化。
氮氧化物活性高、氧化性强,是造成我国复合型大气污染的关键污染物。随着国民经济持续快速发展和能源消费总量大幅攀升,我国氮氧化物排放量迅速增长。“十一五”期间,我国氮氧化物排放量逐年增长,水泥行业氮氧化物排放量也呈现快速增长趋势,继火电和机动车之后排第3位。氮氧化物排放量的迅速增加导致了一系列的城市和区域环境问题。雾霾天气已经成为中国各大城市的常见现象,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。“十二五”期间我国将针对氮氧化物的污染特征,进入以空气质量改善为切入点、以主要行业为突破口的大规模削减阶段。现在火电,钢铁和以水泥为首的建材行业都在大规模推行脱硝工作。
2我国水泥生产NOx排放标准
GB4915-2013《水泥工业大气污染物排放标准》规定:现有企业2015年6月30日前仍执行GB4915-2004标准,氮氧化物排放浓度≤800mg/m³(以NO2计,10%O2),自2015年7月1日起执行氮氧化物排放浓度≤400mg/m³(以NO2计,10%O2);自2014年3月1日起,新建企业执行氮氧化物排放浓度≤400mg/m³(以NO2计,10%O2);重点地区企业执行氮氧化物排放浓度≤320mg/m³(以NO2计,10%O2)。
3水泥窑产生氮氧化物的主要原理及主要影响因素
水泥窑产生的废气中,NO约占95%,NO2占5%。氮氧化物主要有三种来源:燃料型、热力型和快速型。
3.1燃料型氮氧化物
燃料中的氮在燃烧过程中氧化生成的氮氧化物,煤中氮含量一般在0.5%~2.5%左右,主要以有机氮的形式存在,有机氮热裂解产生N、CN、HCN和NHi等中间产物基团,然后氧化而生成的NOx。其主要影响因素:燃料特征、燃烧温度和过剩空气系数等。
主要的控制方法有:改变燃烧条件,减少燃料型NOx生成量;对燃烧后产生的含NOx烟气进行脱硝处理。
3.2热力型氮氧化物
高温条件下N2和O2反应生成的氮氧化物:
其主要影响因素:温度、氧气浓度和停留时间。回转窑中烧成带温度低于1350℃时几乎不产生热力型NOx,高于1500℃时大量产生。
主要的控制方法:①降低燃烧温度;②降低氮浓度;③降低氧浓度;④缩短在窑的停留时间。
4水泥窑几种典型脱硝技术的比较
4.1低氮燃烧器
(1)原理。
由于热力型氮氧化物的生成主要与火焰温度和过剩空气系数有关,当火焰温度高于1500℃以上时,氮氧化物的生成与火焰温度成指数关系增加。低氮燃烧器的主要特点是推力大,煤和空气混合好,燃烧速率快。它与传统的燃烧器相比,需要的过剩空气系数小,火焰温度也较低,因此生成的氮氧化物少。
(2)低氮燃烧器脱硝效率。
低氮燃烧器脱硝效率一般为10%~15%,但在不影响正常生产情况下脱硝效率一般为5%~10%。
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