專家淺議水泥生產(chǎn)的脫硝問題

北極星環(huán)保網(wǎng)訊:工程技術(shù)分會賈華平副會長應(yīng)約淺談水泥生產(chǎn)的脫硝問題，以下為正文：

目前，SNCR脫硝措施已經(jīng)在水泥行業(yè)得到強(qiáng)制推廣，但大家用的怎么樣，筆者沒有做調(diào)查，也就沒有發(fā)言權(quán)。這里只講一個真實(shí)的故事，說明并不是都用得很好：有一次我在山東開會期間拜訪了一家水泥廠，到中控室一看，他們在線監(jiān)測的NOx排放量只有280mg/m3，氨水使用量只有150kg/h。我問“檢測系統(tǒng)有問題嗎？”回答是沒有問題，我說“你把氨水停了我看看”，操作員把氨水停了，NOx排放量反而降到了138mg/m3？！我問“怎么解釋”？大家默然。當(dāng)然，這只是個別現(xiàn)象。

拋開使用情況不說，就單從脫硝能力和投資上來講，似乎SNCR脫硝是一種比較適中的選擇。但遺憾的是SNCR脫硝，不僅能力有限而且副作用較大，作為水泥窯脫硝來講，仍然是一種不成熟的過度方案而已。事實(shí)上，SNCR脫硝要發(fā)揮出最佳的效果，在技術(shù)有兩個難點(diǎn)，一是如何保證噴嘴始終處于溫度窗口內(nèi)，二是如何保證所有NOx與NH3有一定時間的充分接觸。要解決好這兩個難題，實(shí)際上是幾乎不可能的。

SNCR脫硝時，氨水消耗量巨大，一條5000t/d熟料線，每小時就需要用25%的氨水約2.8噸。因?yàn)橛?800kg/h的氨水入爐，分解爐在用煤、用風(fēng)上也要做必要的調(diào)整，熟料熱耗也將直接增加約25kcal/kg熟料，預(yù)熱器廢氣量同時也需增加約6000m3/h，排風(fēng)機(jī)電耗也會增加約20kW/h。

SNCR脫硝的不足在于大量使用氨水，搞不好會出現(xiàn)轉(zhuǎn)嫁環(huán)境污染的行為。合成氨本身就是高污染產(chǎn)業(yè)，這種拆東墻補(bǔ)西墻的做法不一定明智；采用SNCR脫硝，氨逃逸在所難免，根據(jù)國家脫硫、脫硝工程技術(shù)研究中心的數(shù)據(jù)顯示，SNCR脫硝氨逃逸率可達(dá)到10～15ppm。在解決水泥窯一種污染的同時，又造成了水泥窯的另一種污染。

SNCR只能作為一項(xiàng)過度措施，暫時滿足現(xiàn)階段的環(huán)保要求。隨著環(huán)保要求的提高，單獨(dú)依靠SNCR并不能穩(wěn)定、可靠地實(shí)現(xiàn)減排目標(biāo)，最終將采用燃燒工藝優(yōu)化、分級燃燒等技術(shù)初步降低NOx濃度，再采用SCR技術(shù)進(jìn)一步脫硝，才是切實(shí)可行的方案。

第一章NOX的生成、分布、治理

窯爐內(nèi)產(chǎn)生的NOX主要有三種形式，高溫下N2與O2反應(yīng)生成的熱力型NOX、燃料中的固定氮生成的燃料型NOX、低溫火焰下由于含碳自由基的存在生成的瞬時型NOX。

1，熱力型NOX的生成機(jī)理

熱力型NOX是由燃燒反應(yīng)的高溫，使得空氣中的N2與O2直接反應(yīng)產(chǎn)生的。在以煤為主要燃料的系統(tǒng)中，熱力型NOX不是最主要的。一般燃燒過程中N2的含量變化不大，根據(jù)澤里多維奇機(jī)理，影響熱力型NOX生成量的主要因素有溫度、氧含量、和反應(yīng)時間。

熱力型NOX產(chǎn)生過程是強(qiáng)吸熱反應(yīng)，溫度成為熱力型NOX生成最主要的影響因素。研究顯示，溫度在1500K以下時，NO生成速度很小，幾乎不生成熱力型NO；1800K以下時，NO生成量極少；大于1800K時，NO生成將以約6～7倍/100K倍的速度增加。

一般廢氣中NO2占NOX的5%～10%。溫度在1500K以上時，NO2會快速分解為NO；在小于1500K時，NO將轉(zhuǎn)變?yōu)镹O2。排入大氣中NO最終生成NO2，所以在計(jì)算環(huán)境影響量時，我們還是以NO2來計(jì)算。

可以說，窯爐內(nèi)的溫度及燃燒火焰的最高溫度是影響熱力型NOX生成量的一個重要指標(biāo)，也最終決定了熱力型NOX的最大生成量。因此，在窯爐設(shè)計(jì)中，盡量降低窯爐內(nèi)的溫度，并減少可能產(chǎn)生的高溫區(qū)域，特別是流場變化等原因而產(chǎn)生的局部高溫區(qū)。燃燒器設(shè)計(jì)中，要具備相對均勻的燃燒區(qū)域，以保證燃料的燃燒，為降低火焰的溫度峰值創(chuàng)造條件。這些都是有效降低熱力型NOX的有效辦法。

熱力型NOX生成量與氧濃度的平方根成正比，氧含量也是影響熱力型NOX生成量的重要指標(biāo)。隨O2濃度增加和空氣預(yù)熱溫度的增加，NOX生成量上升，但會有一個最大值，O2濃度過高時，過量氧對火焰有冷卻作用。當(dāng)利用空氣燃燒時，O2含量增加意味著過?？諝庀禂?shù)增大，將帶入更多吸熱的N2，由此降低了火焰溫度，NOX生成量因溫度降低反而會有所降低。

反應(yīng)時間也是一個重要指標(biāo)，熱力型NOX生成是個緩慢過程，在高溫區(qū)域，反應(yīng)時間與NOX生成量呈線性關(guān)系。窯爐設(shè)計(jì)中，盡可能地減少燃料和介質(zhì)在高溫區(qū)域的停留時間，特別是在高氧含量高溫區(qū)域的停留時間，可有效降低熱力型NOX的生成。在窯爐已成型時，在高溫區(qū)域形成局部低氧或缺氧環(huán)境，在低溫區(qū)域增氧，在保證燃燒充分條件下，也可有效降低熱力型NOX的生成。

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