目前，我國擁有水泥企業(yè)近3000 家，產(chǎn)量已連續(xù)多年位居世界首位。2012 年我國水泥總產(chǎn)量已突破20億噸，其中，新型干法水泥比重達到85%。來自國家發(fā)改委的數(shù)據(jù)顯示，截至2012 年年底，采用國內(nèi)技術(shù)和裝備建設(shè)的新型干法水泥生產(chǎn)線已達1400 多條，日產(chǎn)4000 噸、5000 噸水泥生產(chǎn)線占70%左右，總計1000多條生產(chǎn)線。

“十二五”時期，水泥行業(yè)是NOx減排的重點行業(yè)。2012年《水泥工業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》指出，到2015年末，NOx排放總量降低10%，新建生產(chǎn)線必須配套建設(shè)效率不低于60%的煙氣脫硝裝置，二氧化硫排放總量降低8%等目標(biāo)。

為了配合國家降低水泥行業(yè)NOx排放總量的要求，部分省市出臺了水泥氮氧化物排放標(biāo)準(zhǔn)和降低NOx排放的技術(shù)路徑。既要滿足新的NOx排放標(biāo)準(zhǔn)，又要降低后期運行成本，選擇高效經(jīng)濟的脫硝方法對于水泥行業(yè)變得尤其重要。

主要脫硝技術(shù)介紹

目前適用于水泥窯的脫硝技術(shù)主要應(yīng)用于兩個方向：一個是減少水泥窯燃燒時NOx的生成—低氮燃燒技術(shù)，主要有：低空氣過量系數(shù)改造、窯頭燃燒器改造、空氣分級燃燒技術(shù)和燃料分級技術(shù)；另一個是對水泥窯里生成的NOx進行脫除，主要有：選擇性非催化還原（SNCR）脫硝技術(shù)。

1.低空氣過量系數(shù)改造

使燃燒過程盡可能在接近理論空氣量的條件下進行。隨著煙氣中過量氧的減少，可以抑制NOx 的生成。這是一種最簡單的降低NOx排放的方法，NOx減排效率在10%左右。但如爐內(nèi)氧濃度過低，會造成濃度急劇增加，增加化學(xué)不完全燃燒熱損失，引起飛灰含碳量增加，燃燒效率下降。針對水泥窯頭燃燒的情況，此技術(shù)關(guān)鍵點在于優(yōu)化煤粉輸送用風(fēng)量和控制二次風(fēng)量，控制空氣過量系數(shù)在6%及以下。該技術(shù)所受影響因素較多，是系統(tǒng)的改造工程，需同時對煤管和二次風(fēng)風(fēng)量進行檢測和分析，并對窯頭諸多因素予以考慮，實施難度大。

2.低氮燃燒器

燃燒器是水泥窯燃燒系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備。不但煤粉是通過燃燒器送入窯內(nèi)，而且煤粉燃燒所需的空氣也是通過燃燒器進入窯內(nèi)的。從燃燒的角度看，燃燒器的性能對煤粉燃燒設(shè)備的可靠性和經(jīng)濟性起著主要作用。從NOx的生成機理看，占NOx絕大部分的燃料型NOx是在煤粉的著火階段生成的，因此，通過特殊設(shè)計的燃燒器結(jié)構(gòu)以及通過改變?nèi)紵鞯娘L(fēng)煤比例，應(yīng)用空氣分級、燃料分級脫硝技術(shù)原理，以盡可能地降低著火氧的濃度適當(dāng)穩(wěn)定著火區(qū)的溫度，達到最大限度地抑制NOx生成的目的。低氮燃燒器的關(guān)鍵控制點為低空氣過量系數(shù)，控制局部高溫和減少空氣在高溫區(qū)的停留時間，最大限度減少熱力型NOx生成。

3.空氣分級燃燒技術(shù)

空氣分級燃燒的基本原理是將燃燒所需的空氣（三次風(fēng)）分成兩部分送入，一部分送入第一級燃燒區(qū)內(nèi)（分解爐錐部），使過�？諝庀禂�(shù)α在0.8左右，燃料先在缺氧富燃料的條件下燃燒，使得燃燒速度和溫度降低，燃燒生成的CO與NO進行還原反應(yīng)。另一部分空氣輸入燃燒區(qū)內(nèi)（分解爐中部），保證燃燒的完全燃燒。

空氣分級技術(shù)在原未采用該技術(shù)的分解爐上可根據(jù)實際情況進行后期設(shè)計和改造，其改造成本低，施工難度小，對原有的燃燒制度影響小，能較快地建立新的燃燒制度。在分解爐低氮改造上是較成熟和完備的燃燒技術(shù)。

4.燃料分級技術(shù)

燃料分級原理是將在燃燒中生成的NO 與烴根CH、未完全燃燒產(chǎn)物CO、H2、C 以及CnHm發(fā)生還原反應(yīng)，生成無污染的氣體。

利用這一原理，將80%~85%的燃料送入第一級燃燒區(qū)，在α>1 條件下，燃燒并生成NOx。其余15%~20%的燃料則在分解爐上部送入二級燃燒區(qū)，在α<1 的條件下形成很強的還原性氣氛，使得在一級燃燒區(qū)中生成的NOx在二級燃燒區(qū)內(nèi)被還原成氮分子。在二級燃燒區(qū)中不僅使得已生成的NOx得到還原，還抑制了新的NOx的生成，可使NOx 的排放濃度進一步降低。在二級燃燒區(qū)的上面還需布置“燃盡風(fēng)”噴口，以保證上面生成的未完全燃燒產(chǎn)物的燃盡。這種再燃燒法稱為燃料分級燃燒。

根據(jù)火電鍋爐氮氧化物燃燒控制技術(shù)，水泥窯分解爐燃料分級燃燒具有一定脫硝效果，暫未有水泥工業(yè)上的較成功應(yīng)用實例，且需對分解爐做加大規(guī)模的改造，效果較難控制。

5. 選擇性非催化還原（SNCR）脫硝技術(shù)

選擇性非催化還原（SNCR）脫硝技術(shù)是在無催化劑存在條件下向爐內(nèi)噴入還原劑氨或尿素，將NOx 還原為N2 和H2O。還原劑噴入水泥窯分解爐（850℃～1150℃），在NH3/NOx摩爾比0.8～1.5情況下，脫硝效率30%～60%。在850℃左右溫度范圍內(nèi)，反應(yīng)式為：

4NH3+4NO＋O2→4N2+6H2O

當(dāng)溫度過高時，會發(fā)生如下的副反應(yīng)，又會生成NO：

4NH3+5O2→4NO+6H2O

當(dāng)溫度過低時，又會減慢反應(yīng)速度，所以溫度的控制是至關(guān)重要的。

該工藝不需催化劑，但脫硝效率不高，高溫噴射對窯爐受熱面安全有一定影響。存在的問題是由于溫度隨窯爐負(fù)荷和運行周期而變化及窯爐中NOx 濃度的不規(guī)則性，使該工藝應(yīng)用時變得較復(fù)雜。

組合脫硝技術(shù)

現(xiàn)在水泥行業(yè)最主流的煙氣脫硝技術(shù)是選擇性非催化還原（SNCR）脫硝技術(shù)，但是其后期的運行成本比較高，一般2500噸新型干法熟料生產(chǎn)線噸熟料運行成本在2.5元~4元。由于近期水泥市場不景氣，所以，運行脫硝設(shè)備對于水泥廠來說，無形的增加了他們的壓力，因此，控制水泥回轉(zhuǎn)窯中氮氧化物的生成，降低后期SNCR的運行成本，成為現(xiàn)在所有水泥廠希望采用的聯(lián)合脫硝技術(shù)——低氮燃燒+SNCR。

通過以上對各種控制水泥回轉(zhuǎn)窯中氮氧化物技術(shù)的比較（見表），空氣分級燃燒技術(shù)具有改造簡單、對原燃燒制度影響小，理論NOx減排效率較穩(wěn)定的優(yōu)點。所以，最適合水泥廠運用的組合脫硝技術(shù)是空氣分級+SNCR技術(shù)。

目前，一條4000t/d熟料新型干法生產(chǎn)線上一套SNCR成本需要300萬元，一套空氣分級系統(tǒng)需要50萬元，氨水到廠家1000元/噸來計算，運行組合脫硝系統(tǒng)只需要大概半年多的時間，就可以抵消掉上一套空氣分級系統(tǒng)的成本。由此可見，這種組合脫硝工藝對于水泥企業(yè)來說，是一種最佳的選擇。

運用實例

以一家日產(chǎn)4000噸熟料新型干法生產(chǎn)線為例，采用了空氣分級燃燒+SNCR聯(lián)合脫硝技術(shù)，將原來的NOx 濃度從790mg/Nm3降低到300mg/Nm3。一年減少NOx 排放總量達到1000多噸，不僅滿足了國家新的排放標(biāo)準(zhǔn)，又產(chǎn)生了很好的社會效益，為其他水泥企業(yè)指明了聯(lián)合脫硝的方向。

1.工藝設(shè)計

（1）空氣分級

按4000t/d燒成系統(tǒng)熱平衡計算，三次風(fēng)管（按內(nèi)徑2.5m計算）風(fēng)速為23.5m/s，分解爐內(nèi)風(fēng)速5.75m/s，如三次風(fēng)管錐體進入氣體過�？諝庀禂�(shù)按0.8計算，分級燃燒風(fēng)管直徑可選擇1.8m，這時分級燃燒風(fēng)管風(fēng)速為17m/s，脫氮風(fēng)管進口需設(shè)置在分解爐37.8m平臺上部2.6m位置，進入即可。

（2）SNCR

SNCR煙氣脫硝系統(tǒng)工藝系統(tǒng)包括還原劑存儲系統(tǒng)、循環(huán)模塊、稀釋計量模塊、分配模塊、噴射系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等組成。

本項目的還原劑采用氨水（10~20%），氨水采用罐車廠區(qū)內(nèi)輸送到儲罐。儲罐設(shè)有液位、溫度、壓力等顯示和信號檢測儀表，用于判定和系統(tǒng)報警。儲罐采用一用一備設(shè)置方式；儲罐出口通過軟連接連接到高倍流量循環(huán)（HFD）模塊，該模塊內(nèi)設(shè)置的離心泵（一用一備）為脫硝系統(tǒng)還原劑提供輸送動力，該模塊內(nèi)設(shè)置電動開關(guān)閥和溫度、壓力、流量檢測儀表，實現(xiàn)自動控制和檢測；經(jīng)HFD模塊加壓后的還原劑進入稀釋計量模塊，根據(jù)工藝需要進行稀釋，并通過計量儀表完成還原劑用量的計量，該模塊內(nèi)配置稀釋水泵和流量調(diào)節(jié)閥門。經(jīng)過計量和稀釋的還原劑被管道輸送到分配模塊，經(jīng)過分配模塊將還原劑分配到每只噴槍。壓縮空氣通過主管氣源連接到壓縮空氣儲罐，經(jīng)分配模塊調(diào)壓后通過盤管向每只噴槍供應(yīng)壓縮空氣。以上主要控制可通過中控控制界面控制實現(xiàn)。

2.運行效果及成本分析

在本項目中，設(shè)計了兩套方案：方案一，空氣分級和SNCR全開，使空氣分級的效率調(diào)整到最高，并控制總的脫硝效率（60%）的狀態(tài)下，在穩(wěn)定運行48小時后，記錄氨水（20%）單位時間內(nèi)的消耗量；方案二，關(guān)閉空氣分級調(diào)風(fēng)閥，只運行SNCR，在達到同樣脫硝效率的狀態(tài)下，在穩(wěn)定運行48小時后，記錄氨水（20%）單位時間內(nèi)的消耗量。

結(jié)論

通過對目前適用于水泥窯上的各種降低NOx技術(shù)的描述和對比，選擇了一種適用于水泥窯的組合脫硝工藝，并以一個具體水泥窯項目進行設(shè)計，對運行效果及成本進行分析，得出空氣分級+SNCR這種聯(lián)合脫硝的工藝是今后水泥脫硝的主流。

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