摘 要：本文在分析我國水泥窯氮氧化物的來源及排放量的基礎(chǔ)上，對(duì)現(xiàn)行的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比評(píng)析，提出了采用SNCR法和SCR法脫硝技術(shù)的治理原理及工藝方法。

關(guān)鍵詞：水泥窯；煙氣；氮氧化物控制；

1   水泥窯煙氣特性

2007年，我國水泥總產(chǎn)量為13.6億噸，排放氮氧化物157萬噸，占全國工業(yè)排放總量的15%，已是居火力發(fā)電、汽車尾氣之后的第三大氮氧化物排放大戶�；剞D(zhuǎn)窯是新型干法水泥物料燒成的關(guān)鍵技術(shù)裝備，也是NOx的主要來源。煅燒水泥熟料時(shí)生成一氧化氮NO的途徑主要有四種[1]，即第一種熱力NOx，它是燃料在水泥窯頭1400℃以上燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量NOx；第二種瞬發(fā)NOx，它是有碳?xì)涓嬖跁r(shí)，于火焰前端瞬發(fā)形成的NOx，一般這種瞬發(fā)NO生成量的比例很小；第三種燃料NO，它是由燃料中所含的化學(xué)接合氮所產(chǎn)生的。例如煤中約含有0.5％～2％的氮(按質(zhì)量計(jì))。因?yàn)槿剂现械拥慕雍夏茌^小，所以在水泥窯系統(tǒng)相對(duì)較低溫的分解爐內(nèi)產(chǎn)生的燃料NOx較多；第四種生料NOx，它是由窯喂料中含氮的化合物分解后而形成的NOx，例如NH4等。在窯廢氣中NO2一般僅占NO+NO2總量的5％以下，NO則占總量的95％以上。

在我國新型干法水泥回轉(zhuǎn)窯上常用的NOx控制技術(shù)主要有以下幾種：一是優(yōu)化窯和分解爐的燃燒制度；二是改變配料方案，摻用礦化劑以求降低熟料燒成溫度和時(shí)間，改進(jìn)熟料易燒性；三是采用低NOx的燃燒器；四是在窯尾分解爐和管道中的階段燃燒技術(shù)。然而，即使把上述四種措施全部采用起來，事實(shí)上水泥窯的NOx 排放也很難達(dá)到400mg／Nm3以下。采用選擇性非催化還原（SNCR）脫硝法或選擇性催化還原（SCR）脫硝法進(jìn)一步降低NOx排放的措施是一個(gè)非常有效的降低NOx排放的途徑。

2   水泥工業(yè)NOx 的排放標(biāo)準(zhǔn)

水泥工業(yè)NOx的排放標(biāo)準(zhǔn)、實(shí)際排放數(shù)量國內(nèi)和國外的標(biāo)準(zhǔn)、法規(guī)對(duì)水泥工業(yè)NOx 排放的限定指標(biāo)見表1[2] 。表中1mg/ Nm3 ≈1.8cm3/Nm3 。德國近30年的監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示,回轉(zhuǎn)窯廢氣中NOx排放濃度大約在300～2200mg/ Nm3。國內(nèi)運(yùn)行的新型干法水泥窯NOx排放濃度尚缺乏系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，根據(jù)一些不完全的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，大約在800～1600mg/Nm3 左右，達(dá)不到國家標(biāo)GB4915-2004和歐盟標(biāo)準(zhǔn)2000/76/EC規(guī)定的要求。

表1 　國內(nèi)和國外的標(biāo)準(zhǔn)、法規(guī)對(duì)排放的限定指標(biāo)

3   選擇性非催化還原（SNCR）脫硝法

3.1  SNCR 降低NOx原理[3]

在分解爐的中下部(約950℃) 加入還原劑尿素[CO(NH₂)₂]或氨水(NH₄OH) ,在有部分氧存在的條件下,發(fā)生以下反應(yīng)過程。

當(dāng)溫度低于800℃時(shí),NH₃與NO的反應(yīng)速度很慢；當(dāng)溫度高于1050℃時(shí)反應(yīng)式(2)會(huì)逐漸起主導(dǎo)作用,當(dāng)溫度高于1300℃時(shí)NH₃轉(zhuǎn)變?yōu)镹O的趨勢(shì)會(huì)變得明顯。

SNCR的反應(yīng)機(jī)理非常復(fù)雜，目前仍未能完全了解，多數(shù)學(xué)者認(rèn)為NHx基還原劑按圖1 所示的途徑反應(yīng)：

3.2  工藝流程（圖2）

在分解爐的中下部噴入氨水或尿素等容液，使之與煙氣中的NOx化合，并將其還原成氮?dú)夂退＿@樣就可較大幅度地削減NOx的排放，削減效果達(dá)30％～85％，NO₂排放濃度可降到200～400mg／Nm³。氨水儲(chǔ)存罐的氨水經(jīng)過過濾器后，通過氨水添加泵送入分解爐，出添加泵的溶液經(jīng)過濾后進(jìn)入流量調(diào)節(jié)閥和流量計(jì)，經(jīng)計(jì)量的溶液進(jìn)入噴嘴，在噴嘴內(nèi)與壓縮空氣混合，霧化后噴入分解爐內(nèi)。噴嘴位置在分解爐中部(位置見圖2) ，有多個(gè)噴嘴。其關(guān)鍵技術(shù)是噴嘴位置的確定，確定噴嘴位置主要考慮設(shè)備內(nèi)部的氣體溫度，尿素還原NOx反應(yīng)的適宜溫度為950℃～1050℃，此處內(nèi)部氣體溫度約1000℃。噴嘴的結(jié)構(gòu)和噴嘴的質(zhì)量是尿素添加設(shè)備的技術(shù)關(guān)鍵，噴嘴的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)該首先保證使尿素溶液具有良好的霧化效果，其次應(yīng)考慮噴嘴本身處于高溫部位，應(yīng)具有良好的耐熱性能，不易燒損。

4   選擇性催化還原（SCR）脫硝法

4.1  SCR 降低NOx原理

盡管綜合采用上述各種措施包括SNCR在內(nèi)，確保水泥窯NOx的排放穩(wěn)定在200mg／Nm³以下(現(xiàn)行德國標(biāo)準(zhǔn))，但勝任這樣要求的富余能力尚不夠大，即其可靠性與安全性尚須進(jìn)一步地提高，于是就出現(xiàn)了選擇性非催化還原（SNCR）脫硝法。在預(yù)熱器出口的管道上把煙氣（約350℃）引入SCR反應(yīng)器，在管道上加入還原劑尿素[CO(NH₂)₂]或氨水(NH₄OH)，氮氧化物在催化劑作用下被氨還原為無害的氮?dú)夂退?

4.2  工藝流程（圖3）

在窯尾預(yù)熱器和增濕塔之間增設(shè)一個(gè)SCR反應(yīng)塔，將C1預(yù)熱器的廢氣由該反應(yīng)塔上部導(dǎo)入，與噴入塔內(nèi)的氨水或尿素等還原劑相混合，借助反應(yīng)塔內(nèi)多層接觸劑的催化作用，確保脫氮反應(yīng)更充分地完成，多層板式催化劑由V₂O₅、W₂O₃等活性組分制成的。

SCR脫硝工藝裝置的主要組成部分包括一個(gè)裝催化劑的SCR反應(yīng)器、一個(gè)儲(chǔ)罐及一個(gè)還原劑注入系統(tǒng)。還原劑即可是帶壓的無水液氨，也可是常壓下的氨水溶液 (通常重量濃度為25%) 。此外還可能是尿素水溶液(通常重量濃度為40%)。當(dāng)采用氨水或尿素溶液時(shí)，通常將其通過位于導(dǎo)管或滑流的霧化噴嘴直接注入到煙氣通道中。無水液氨的儲(chǔ)存壓力取決于儲(chǔ)罐的溫度(例如20℃時(shí)壓力為1000kPa)。液氨通過蒸發(fā)器中的蒸汽、熱水或電被減壓并蒸發(fā)。然后，蒸發(fā)的氨氣經(jīng)空氣稀釋，通過注入系統(tǒng)被注入到煙氣中。注入系統(tǒng)有許多注射噴嘴組成,使氨和煙氣均勻分布。另一方面，在噴嘴數(shù)量較少的情況下，可以結(jié)合一個(gè)靜態(tài)的混合器一起使用。氨氣在煙氣內(nèi)的均勻分布對(duì)于實(shí)現(xiàn)NOX的有效還原、較低的氨逸出量以及由此達(dá)到催化劑的有效利用都十分重要。在NOX 原程度很高時(shí)，氣流均勻分布相當(dāng)重要。

5  結(jié)束語

（1）水泥工業(yè)隨著新型干法水泥技術(shù)的發(fā)展和環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求的提高， SNCR和SCR脫硝將會(huì)成為主流技術(shù)。

（2）企業(yè)在不同的地區(qū)和不同時(shí)段，可選擇采用SNCR法或SCR法脫硝技術(shù)。SNCR法的脫硝的效率為50%～60% ，低于選擇性催化還原法(SCR)脫硝的效率(80%～90%)，而SNCR法的費(fèi)用(包括設(shè)備費(fèi)用和操作費(fèi)用) 只有SCR 法的五分之一左右。

（3）SCR法脫硝技術(shù)是一項(xiàng)SCR方法是頗具潛力的先進(jìn)實(shí)用技術(shù)，SCR法可以保證廢氣NOX濃度降到100～200mg／Nm³。NO₂的減排效果高達(dá)85％～95％，而且其減排性能不會(huì)像SNCR那樣受到水泥窯規(guī)格大型化的影響，但SCR需要使用和消耗價(jià)格昂貴的貴金屬催化劑，且由于水泥企業(yè)廢氣的粉塵濃度很高，堿金屬含量較高，易使催化劑中毒和堵塞，在水泥工業(yè)上的實(shí)踐剛開始不久，還有諸多改進(jìn)的空間。