江蘇省鹽城市蘭豐環境工程科技有限公司   苗長江  陳森林  224000

摘要：近年來，水泥工業隨著現代城市建設的需要而得到了快速的發展，但是水泥生產過程中產生的廢氣對環境的污染也在不斷加劇，特別是廢氣中的NOx對大氣環境的影響已非常嚴重。由此，本文從以下幾個方面系統介紹了我公司治理水泥窯爐煙氣中NOx的煙氣脫硝技術，希望能對水泥窯爐NOx治理起到一定的借鑒作用。

關鍵詞： 回轉窯   分解爐    NOx     空氣分級燃燒    SNCR脫硝技術

引言

近年來，水泥工業隨著現代城市建設的需要而得到了快速的發展，但是水泥生產過程中產生的廢氣對環境的污染也在不斷加劇，特別是廢氣中的NOx對大氣環境的影響已非常嚴重。由此，本文從以下幾個方面系統介紹了我公司治理水泥窯爐煙氣中NOx的煙氣脫硝技術，希望能對水泥窯爐NOx治理起到一定的借鑒作用。

1 水泥窯爐NOx產生機理

在新型干法水泥生產工藝中，回轉窯和分解爐是水泥物料燒成的兩個關鍵設備。然而，回轉窯和分解爐也是NOx生成的主要來源。

在水泥熟料生產過程中，大約有40%左右的煤粉從回轉窯窯頭的多通道燃燒器噴入窯內，并進行高溫燃燒，為煅燒物料的熔融和礦物重結晶提供足夠的溫度，但物料溫度必須超過1400℃時才會發生物料熔融和礦物重結晶現象，因此通常需要將窯頭燃燒器形成的火焰溫度控制在1800～2200℃之間，然而這樣在回轉窯內就會生成熱力型NOx和燃料型NOx，且均有較多的形成比例，其中尤以熱力NOx為主。同時，大約60%左右的煤粉進入分解爐，爐內的溫度一般在850～1100℃范圍內，在此溫度下，基本可以不考慮熱力型NOx的形成，主要是燃料型NOx。

由此，本文系統介紹了我公司治理水泥窯爐煙氣中NOx的空氣分級燃燒及SNCR脫硝技術，希望能對水泥窯爐NOx治理起到一定幫助。

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2 水泥窯爐空氣分級燃燒技術

2.1 基本原理

水泥窯爐空氣分級燃燒是目前最為普遍的降低NOx排放的燃燒技術之一。其基本原理如圖（一）所示：將燃燒所需的空氣量分成兩級送入，使第一級燃燒區內過量空氣系數小于1，燃料先在缺氧的富燃料條件下燃燒，使得燃燒速度和溫度降低，從而降低了熱力型NOx的生成。同時，燃燒生成的CO與NOx發生還原反應，以及燃料氮分解成中間產物（如NH、CN、HCN和NHx等）相互作用或NOx還原分解，從而抑制了燃料型NOx的生成，具體反應如下：

CO + 2NO → 2CO₂ + N₂ （1）

NH + NH → N₂ + H₂ （2）

NH + NO → N + OH         （3）

在二級燃燒區（燃盡區內，將燃燒用空氣的剩余部分以二次空氣的形式輸入，成為富氧燃燒區。此時，空氣量增多，一些產物被氧化生成NOx，但因溫度相對常規燃燒較低，因而總的NOx生成量不高，具體反應如下：

CN + O → CO + NO       

2.2 改造方案及效果

保持原分解爐主體結構不變，在分解爐煙室預留的脫硝還原區設置高速噴煤嘴，讓噴入的煤粉在此區域內缺氧燃燒，產生適量的還原氣氛，與窯氣中的NOx發生反應，將NOx轉化為無污染的N2。同時將三次風管入分解爐的部分管道抬高到相應位置。整個窯尾用煤總量與改造前保持一致，只是進入分解爐及還原區的用煤量不同。

水泥窯爐經過空氣分級燃燒技術改造后，其脫硝效率一般可達20%左右。

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3 水泥窯爐SNCR煙氣脫硝技術

3.1 基本原理

SNCR脫硝技術即選擇性非催化還原（Selective Non-Catalytic Reduction，以下簡寫為SNCR）技術，是一種不用催化劑，在850～1100℃的溫度范圍內，將含氨基的還原劑（如氨水，尿素溶液等）噴入爐內，將煙氣中的NOx還原脫除，生成氮氣和水的清潔脫硝技術。

在合適的溫度區域，且氨水作為還原劑時，其反應方程式為：

4NH₃ + 4NO + O₂→4N₂ + 6H₂O    （1）

然而，當溫度過高時，也會發生如下副反應：

4NH₃ + 5O₂→4NO + 6H₂O        （2）

3.2 SNCR脫硝還原劑的選擇

目前，SNCR脫硝工藝最常用的還原劑有氨水和尿素兩種。然而，在SNCR脫硝系統中，還原劑是最大的消耗品，脫硝還原劑的選擇是整個脫硝工藝中很重要的一個環節。

（1）氨水和尿素的特性對比

氨水的特性：氨水與無水氨都屬于危險化學品。作為脫硝原劑時，通常采用20%～25%濃度的氨水。無色透明液體，易分解放出氨氣，溫度越高，分解速度越快。如果溢出，氨水液體擴散范圍較無水氨小，濃度范圍較易控制，較無水氨相對安全。

尿素的特性：尿素是白色或淺黃色的結晶體，易溶于水。不同濃度的尿素水溶液有不同的結晶溫度。與無水氨及氨水相比，尿素是無毒、無害的化學品，是農業常用的肥料，無爆炸可能，完全沒有危險。

（2）占地面積對比

氨水作為還原劑時，僅需考慮氨水儲罐的位置，占地面積較小。而尿素作為還原劑時，需要設計專門的尿素溶液制備系統，占地面積較大。

（3）工藝系統對比

尿素需要經過溶解制成50%以下的尿素溶液，需要蒸汽加熱，且存在結晶等問題。而氨水作為還原劑時，不存在結晶問題，其工藝系統最簡單、最可靠。

（4）還原劑利用率對比

由于水泥窯分解爐內溫度正常為850～950℃之間，當氨水作為還原劑噴入分解爐時，水分迅速蒸發為氣態而散失在煙氣中，氨則有選擇性地與煙氣中的NOx反應，從而脫除NOx；而尿素溶液作為還原劑噴入分解爐時，水分也迅速蒸發，但尿素粒子并不能立即與煙氣中的NOx反應，還需要在高溫狀態下進行分解，生成NH₃后，再與煙氣中的NOx反應。

因此，綜合以上分析，筆者認為氨水作為還原劑比較可靠！

3.3 SNCR脫硝工藝流程
水泥窯爐SNCR煙氣脫硝工藝系統主要包括還原劑儲存系統、循環輸送模塊、稀釋計量模塊、分配模塊、背壓模塊、還原劑噴射系統和相關的儀表控制系統等。