淺析水泥行業(yè)中氮氧化物的減排

摘 要：水泥行業(yè)的氮氧化物的排放量已經(jīng)成為火力發(fā)電、汽車尾氣的第三大戶。鑒于氮氧化物具有活性高、氧化性強(qiáng)等特點(diǎn)，已成為我國環(huán)境污染的關(guān)鍵污染物。本文對氮氧化物的減排技術(shù)進(jìn)行了深入的分析。

關(guān)鍵詞：水泥行業(yè) 氮氧化物 減排

中圖分類號：X781 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）02（c）-0155-01

我國是世界上最大的水泥生產(chǎn)國，氮氧化物的排放量已經(jīng)成為火力發(fā)電、汽車尾氣的第三大戶。氮氧化物具有活性高、氧化性強(qiáng)等特點(diǎn)，是造成我國環(huán)境污染的關(guān)鍵污染物。因此，找出水泥行業(yè)中氮氧化物產(chǎn)生的途徑，探究氮氧化物的減排方式具有極其重要的意義。

1 氮氧化物產(chǎn)生的原因分析

在水泥熟料的煅燒過程中所產(chǎn)生的大量的氮氧化物主要包括一氧化氮和二氧化氮，其中一氧化氮約在90%以上。根據(jù)其來源的不同，大體上可以分成三類：（1）熱力型氮氧化物，當(dāng)水泥壞磚窯中的溫度大于1400 ℃時(shí)，燃燒空氣中的氧氣就會與氮?dú)膺M(jìn)行反應(yīng)，生產(chǎn)氮氧化物，而且生成量隨溫度的增加以指數(shù)的形式增加。該類型的氮氧化物約占總量的20%左右；（2）瞬時(shí)型氮氧化物，燃料中的碳?xì)浠衔镌跐舛容^高的區(qū)域所產(chǎn)生的烴與空氣中的氮?dú)夥肿影l(fā)生反應(yīng)，瞬時(shí)形成的氮氧化物；（3）燃料型氮氧化物，是指燃料中的氮化合物在燃燒的過過場中先發(fā)生熱分解繼而有繼續(xù)氧化成氮氧化物，此時(shí)的產(chǎn)物主要是一氧化氮。由于氮原子的結(jié)合能較小，在較低的溫度下就可以產(chǎn)生較多的氮氧化物，以此種方式產(chǎn)生氮氧化物約占總量的80%左右。

2 氮氧化物的減排技術(shù)

針對氮氧化物產(chǎn)生途徑的分析，可以從三個(gè)方面來采取措施，加強(qiáng)對氮氧化物的減排：一是在燒成過程中減少氮氧化物的產(chǎn)生；二是在燃燒過程中還原一部分氮氧化物；三是在廢氣中還原大部分氮氧化物。

2.1 優(yōu)化工況

通過對部分水泥窯的檢測結(jié)果發(fā)現(xiàn)，操作管理水平較高的水泥窯其氮氧化物的排放都相對較低，基本可以達(dá)到800 mg/Nm3以下，甚至可以達(dá)到700 mg/Nm3以下；相反管理較差的水泥窯氮氧化物的排放濃度就相對較高，個(gè)別可以達(dá)到1600 mg/Nm3。究其原因是減小了煅燒的峰值。因此，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，首先要對所用原燃料進(jìn)行詳細(xì)的成分和性能分析，嚴(yán)格每道工序的管理質(zhì)量，對窯系統(tǒng)的操作參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，調(diào)整到穩(wěn)定的優(yōu)化狀態(tài)，減少氧化物的排放

2.2 降低燒成溫度

通過前面的分析，我們知道氮氧化物的形成與燒成溫度具有很大的關(guān)系，當(dāng)燃燒溫度在1550 ℃～1900 ℃區(qū)間時(shí)，氮氧化物的生成量以指數(shù)的形式急劇上升，特別是在1750 ℃后，幾乎呈現(xiàn)出直線上升的趨勢。同時(shí)水泥窯的火焰溫度峰值也出現(xiàn)在這個(gè)區(qū)域。

因此，若要降低氮氧化物的生成量，就要嚴(yán)格的控制好火焰的溫度，當(dāng)然是溫度越低越好。若要同時(shí)滿足降低火焰溫度又要保證熟料的燒成，就必須要降低熟料的燒成溫度，具體措施：一是優(yōu)化配料方案，在保證質(zhì)量的前提下，適當(dāng)提高生料的易燃性；二是在物料中加入一定的礦化劑，降低物料的共沸點(diǎn)，從而達(dá)到降低燒成溫度的目的。

2.3 設(shè)備技術(shù)分析

與降低氮氧化物相關(guān)性較大的設(shè)備主要是窯頭燃燒器，目前市場上主要有低氮燃燒、低氧燃燒、濃淡偏差燃燒、煙氣再循環(huán)燃燒、代替燃料燃燒等等。

當(dāng)前對于窯頭燃燒器的升級改造，主要是通過采用大推力、低風(fēng)量、火焰細(xì)但不長的燃燒器，其目的是通過低氧、低氮控制高溫的方式實(shí)現(xiàn)減少氮氧化物的生成。實(shí)現(xiàn)低氧燃燒的方法是將煤粉的通道設(shè)置在軸流風(fēng)和旋流風(fēng)兩層通道以內(nèi)，且不再設(shè)置旋流風(fēng)，使得煤粉負(fù)極在火焰的中心區(qū)域，形成燃料的密集形火焰。所謂的底氮氧化物燃燒器是指在燃燒的過程中利用CO還原部分的氮氧化物，或者加入代替燃料來控制火焰的峰值。

除了上述方法外，還可以采用煙氣再循環(huán)技術(shù)，如用窯尾廢氣作為煤風(fēng)使用，很好的實(shí)現(xiàn)了低氧、低氮、增加還原氣氛，同時(shí)還很好的控制了火焰的峰值。

2.4 分級燃燒

分級燃燒就是根據(jù)燃燒溫度或者氣氛的不同進(jìn)行分級，在不同的部位燃燒，以現(xiàn)實(shí)減少氮氧化物的目的。溫度分級法是把不需要高溫?zé)傻臍怏w在窯頭以外進(jìn)行燃燒，以減少氮氧化物的生產(chǎn)，窯外分解就是利用的這種技術(shù)；按氣氛分級就是先將分解爐分成主還原區(qū)、弱還原區(qū)、若還原區(qū)幾個(gè)部分。把在高溫區(qū)形成的氮氧化物在還原氣氛中進(jìn)行還原，然后再在富氧氣氛中把窯外煤燃盡。該技術(shù)如果使用合理，一般可以降低氮氧化物的排放量30%～50%。

2.5 選擇性非催化還原技術(shù)和選擇性催化還原技術(shù)

這兩種技術(shù)都采用了氨基還原氮氧化物的技術(shù)，常用的還原劑有氨、尿素。其區(qū)別在于SNCR技術(shù)不用催化劑二SCR使用了催化劑，所以，SNCR的還原溫度要求較高，需要在950 ℃～1050 ℃的高溫區(qū)域進(jìn)行，而SCR的反應(yīng)溫度則降到了300 ℃～450 ℃，因此脫硝效果也得到了極大的提高。

雖然效果較好，但投入也較大，特別是一次性投入和催化劑的投入，也在一定程度上影響了該項(xiàng)技術(shù)的普遍推廣。

隨著對氮氧化物污染重視的不斷提高，對排污技術(shù)的不斷研究，氮氧化物的減排必定會取得完美的成績。

參考文獻(xiàn)

[1]郝曉波.水泥行業(yè)當(dāng)氧化物減排探討[J].中國水泥，2012，4：53-56