水泥行业脱硝现状和工艺技术的探讨

北极星环保网讯:随着我国工业经济的发展和社会财富的积累，国家对环保的要求日趋严格。近期，继对粉尘、二氧化硫等空气污染物进行严格限排之后，国务院发布《节能减排“十二五”规划》，将“脱硝”作为部分行业“十二五”期间减排工作的重点，尤其是火电企业、机动车企业和水泥企业。“十二五”规划要求，到2015年底，水泥行业氮氧化物排放量相比2010年下降12%，明确规定新型干法水泥窑须“配套实施低氮燃烧改造或者安装脱硫脱硝设施”[1]。从目前我国水泥工业氮氧化物控制技术的应用情况来看，除一些水泥窑采用了低氮燃烧器设计，部分新型干法窑通过控制分解炉产生还原性气氛削减氮氧化物排放外，大部分水泥窑未采取任何的氮氧化物控制措施。因此，水泥行业脱硝迫在眉睫。

1我国水泥行业氮氧化物污染现状与产生机理

1.1水泥行业氮氧化物污染现状

氮氧化物(NOx)是空气污染物之一，对人体健康、生态系统和建筑设施都有直接和潜在的危害。目前，我国拥有水泥企业近5000家，产量已连续多年位居世界首位。2010年全国累计水泥总产量18.7亿吨，其中，新型干法水泥比重达到80%。根据国家发改委的数据，截至2010年年底，采用国内技术和装备建设的新型干法水泥生产线已经达1300多条，日产4000吨、5000吨水泥生产线占60%左右，总计800多条生产线。水泥熟料煅烧是水泥生产的主要工艺过程，在煅烧过程中产生大量NOx污染物。根据德国近30年的监测，水泥回转窑废气NO的排放浓度在300~2200mg/Nm3之间，每吨熟料约产生NOx1.5~1.8kg。图1是水泥行业近几年氮氧化物的排放情况[2]。由图可知，氮氧化物的排放呈逐年递增的趋势，水泥行业氮氧化物的排放量已成为仅次于火力发电、汽车尾气排放之后的第三排放大户。因此，推进水泥行业的氮氧化物控制技术势在必行。

1.2水泥行业氮氧化物产生的机理

水泥熟料煅烧过程中的氮氧化物，根据产生机理的不同可以分为三种类型：燃料型NOx、热力型NOx和瞬时型NOx。

燃料型NOx是燃料和原料中的氮氧化而生成的。煤中的氮主要以有机形态赋存，原料中氮含量主要以NH4+形式存在于有机组分中，由天然原材料制备的生料中NH4+含量约为80~200g/t。德国水泥工业协会曾统计得出燃料中的氮含量范围，煤为0.5%~2.0%，重油为0.2%~0.5%，替代燃料≤1%[3]。热力型NOx主要是在温度高于1500℃时，空气中的N2和O2反应而生成的。瞬时型NOx是碳氢类燃料在α另外，由于分解炉和回转窑内的温度不同，NOx生成机理也有所差异。回转窑中烧成带火焰温度高达1500℃以上，除了生成燃料型NOx外，大量助燃空气中的氮在高温下被氧化，产生大量的热力型NOx。因此，回转窑中既生成燃料型NOx也生成热力型NOx，而且两种类型的NOx存在相互抑制作用[4-5]。在分解炉和窑尾上升管道区域，燃料燃烧温度约为950~1200℃，在此温度范围内，主要生成燃料型NOx。

2我国水泥行业氮氧化物排放标准与控制工艺技术

2.1我国水泥行业氮氧化物排放标准随着水泥行业的发展，其污染问题也日益严重。因此，国家对水泥行业污染物的排放标准也日趋严格。我国于1985年颁布了第一个水泥行业环保标准，即《水泥工业污染物排放标准》(GB4915-85)，对水泥行业的氮氧化物排放未提出限制。1966年对该标准进行了修订，并更名为《水泥厂大气污染物排放标准》(GB4915-1996)，规定水泥行业氮氧化物排放限值为800mg/m3。2004年颁布了新的《水泥工业大气污染物排放标准》(GB4915-2004)，该标准对已建和新建水泥厂的氮氧化物排放要求未作区分，水泥行业氮氧化物排放限值也为800mg/m3。而《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)规定，火电厂氧化物的排放限值仅为100~200mg/Nm3，远远低于水泥行业。预计随着脱硝技术的发展国家对水泥行业NOx的排放控制标准将更加严格，地方政府和相关部门与企业也将随之加大水对水泥厂NOx控制的工作力度。

由NOx的生成机理与化学性质可知，控制NOx排放的途径主要有：(1)控制NOx不生成(或少生成)，这一技术主要是通过控制反应温度、空气过剩系数以及燃料的燃烧情况达到减少氮氧化物排放的目的;(2)将已生成的NOx进行化学反应，促其转化为无污染的N2排放。

2.2.1控制NOx不生成(或少生成)技术

2.2.1.1低氮燃烧器

低氮燃烧器不但可以使用传统的煤粉，还可以燃烧天然气燃油和替代燃料。其主要特征是：一次空气量较低，空气燃料混合好，点燃快，火焰粗壮，燃料在高温区停留时间短，使氮氧化物的生成量降低，氮氧化物减排效率为10%~30%。

延伸阅读：

水泥行业烟气多种污染物“超低排放”整体解决方案

水泥行业PM2.5的排放、采样和控制技术盘点

水泥行业电袋复合除尘器改造的研究与应用

《水泥窑协同处置固体废物污染防治技术政策》