技术 | 水泥工业NOx来源及降低方法

一、水泥工业NOx的来源

在水泥熟料的煅烧过程中，会产生大量的氮氧化物，这些氮氧化物主要是NO和NO2，其中NO约占90%以上，而NO2只有5%～10%。按其来源划分主要取决于原、燃料中氮的含量、燃烧温度的高低和燃料类型。

1、原、燃料NOx

水泥生产使用的原燃料均来自于自然界，其中不可避免的会含有一定量有机物和低分子含氮化合物，由该部分氮元素直接转化的NOx称为原、燃NOx。原料中的氮主要来源于矿石沉积的含氮化合物，其含氮量一般在20～100ppm（百万分之20~100）。燃料中的氮主要为有机氮，属于胺族（N-H和N-C链）或氰化物族（C=N链）等，其含量一般在0.5%～2.5%。

2、热力型NOx

热力型NOx由空气中的氮气和氧气在高温下发生化学反应而来，其生成速度与温度的关系是由捷里道维奇提出来的，因此称为捷里道维奇机理。当燃烧温度低于1500℃时，几乎观测不到NOx的生成，当温度高于1500℃时，温度每升高100℃，反应速率将增大6~7倍。因此，热力型NOx主要在燃烧的高温区产生，燃烧温度对其产生量具有决定性的影响。此外，热力型NOx的产生浓度还与N2、O2浓度及停留时间有关。

3、快速型NOx

在欠氧环境下，燃料中的碳氢化合物燃烧分解生成CH、CH2以及C2等基团，它们与氮分子，以及O、OH等原子基团反应而在很短的时间内大量产生NOx，称为快速型NOx。快速型NOx对温度的依赖性很弱，它的生成量一般总NOx生成量的5%以下。

由于对水泥窑烧成系统的研究还处在较为粗放的状态，当前国内水泥行业对窑内工况和氮氧化物的生成机理，仍然存在很多的不足。甚至关于关于热力型氮氧化物产生量与原、燃料氮氧化物产生量熟多熟少，也存在争论。但是总体来讲，氮氧化物的来源是多方面的，影响因素众多，氮氧化物来源比例除了烧成系统本身的结构以外，也与工况环境，原燃料差异甚至操作人员水平息息相关。也正因为如此，氮氧化物源头治理显得相当困难，目前业内脱硝也主要集中在末端治理。

二、降低NOx排放的方法

水泥行业目前仍施行GB4915-2013大气污染物排放标准，颗粒物、SO2、NOx三项污染物排放指标分别为30mg/m3、200mg/m3和400mg/m3，重点区域执行20mg/m3、100mg/m3和320mg/m3标准。

今年以来，多省市连续出台水泥工业大气污染物特别排放值实施计划，要求1-2年内水泥行业全部完成超低排放改造，颗粒物、SO2、NOx排放浓度要分别不高于10mg/m3、50mg/m3、100mg/m3。

一方面，在当前的环保形势下，水泥企业降低污染物排放是外在环境的必然要求；另一方面，随着水泥工业技术的迭代，更低的能耗和排放标准也是行业转型升级的必然趋势。

根据目前大部分水泥企业的窑况，通过全过程低氮燃烧技术——SNCR+分级燃烧+低氮燃烧技术以达到NOx排放低于100mg/m3是目前主流改造技术。SNCR技术是利用分解炉内合适的温度空间（900℃～1100℃），向其内喷入氨水混合物，在此温度下，氨（NH3）与烟气中NOx反应生成N2和H2O。SNCR不用催化剂，但这有两个技术难点：一是如何保证喷嘴始终处于温度窗口内，二是如何保证所有NOx与NH3有一定时间的充分接触。

低NOx燃烧措施主要针对窑头燃烧器，有低氮燃烧、低氧燃烧、浓淡偏差燃烧、烟气再循环燃烧、替代燃料燃烧等措施。根据现有燃烧器的好坏和所采用的低氮燃烧技术的力度不同，该项措施一般能降低NOx排放量5%～30%。分级燃烧通过将窑外分解炉分为主还原区、弱还原区、完全燃烧区控制还原气氛，根据分级燃烧措施的合理程度，该项措施一般能降低NOx排放量30%～50%。在低氮燃烧和分级燃烧的基础上，结合SNC，在稳定的窑况下，也可实现超低排放。

来源：《新泽分析技术》

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