水泥行業SNCR 脫硝技術存在問題及解決方案

伍定坤 柳艷莉

（冀東水泥銅川有限公司，陜西 銅川 727100）

2018 年我國水泥產量占世界產量的44%，隨之而來的污染問題也越來越突出，氮氧化物是水泥行業大氣排放的主要污染成分之一。減少NOx 排放已經到了刻不容緩的地步，國家對水泥行業NOx 排放要求越來越嚴格，多省市連續出臺水泥工業大氣污染物特別排放值實施計劃，要求1～2 年內水泥行業全部完成超低排放改造，氮氧化物排放濃度要分別不高于100mg/m3。

1 水泥產業NOx 的產生

水泥行業NOx 產生主要在水泥熟料的煅燒過程中，按其來源劃分主要取決于原、燃料中氮的含量、燃燒溫度的高低和燃料類型。這些氮氧化物主要是NO 和NO2，其中NO約占90%以上，而NO2只有5%～10%。

1.1 水泥熟料原、燃料產生NOx

水泥生產使用的原燃料均來自于自然界，其中不可避免的會含有一定量有機物和低分子含氮化合物，由該部分氮元素直接轉化的NOx 稱為原、燃NOx。原料中的氮主要來源于礦石沉積的含氮化合物，其含氮量一般在20～100ppm（百萬分之20～100）。燃料中的氮主要為有機氮，屬于胺族（N-H 和N-C鏈）或氰化物族（C=N 鏈） 等，其含量一般在0.5%～2.5%。

1.2 熱力型NOx

熱力型NOx 由空氣中的氮氣和氧氣在高溫下發生化學反應而來，其生成速度與溫度的關系是由捷里道維奇提出來的，因此稱為捷里道維奇機理。當燃燒溫度低于1500℃時，幾乎觀測不到NOx 的生成，在距窯頭約14m 處，氣體溫度達到最高值，約為1760℃，物料溫度約為1465℃，隨后氣體和物料溫度沿窯長逐漸下降，到達窯尾處時分別降至約1028℃和856℃，當溫度高于1500℃時，溫度每升高100℃，反應速率將增大6～7 倍。

1.3 快速型NOx（瞬時型）

在欠氧環境下，燃料中的碳氫化合物燃燒分解生成CH、CH2以及C2等基團，它們與氮分子，以及O、OH 等原子基團反應而在很短的時間內大量產生NOx，稱為快速型NOx。快速型NOx 對溫度的依賴性很弱，它的生成量一般總NOx生成量的5%以下。

2 NOx 排放的控制

目前，水泥企業對NOx 的控制方法主要有兩類：一是在燃煤過程中控制NOx 的生成，主要采用低氮燃燒器、空氣分級燃燒法等；二是通過催化、氧化、吸收等物理化學方法實現NOx 脫除。

2.1 SNCR 脫硝技術

SNCR 技術是一種成熟的商業性NOx 控制處理技術。SNCR 方法主要在850～1000℃下，將含氮的化學劑噴入貧燃煙氣中，將NO 還原，生成氮氣和水。SNCR 煙氣脫硝技術是目前主要的煙氣脫硝技術之一。在850～1000℃這一狹窄的溫度范圍內、在無催化劑作用下，NH3或尿素等還原劑可選擇性地還原煙氣中的NOx，基本上不與煙氣中的O2作用。

SNCR 技術的主要特點是脫硝裝置簡單、工藝成熟穩定、一次性投資降低，主要面臨的問題是由于工藝局限性導致脫硝效率不高（50-70%左右） 及運行費用較高（氨水消耗量較大）。但是SNCR 技術難以在水泥廠實現NOx 的超低排放。氨水反應為:

2.2 分級燃燒技術控制NOx

分級燃燒，分級燃燒可分為分風分級燃燒和分燃料分級燃燒。分級燃燒主要的技術原理是產生還原區，營造貧氧燃燒環境，利用HCN、CO、C、H2等還原性介質將NOx 還原為N2。而且，煤粉在貧氧環境下，也抑制了自身燃料型NOx的產生。

2.3 技術改造方案

僅僅采用SNCR 技術脫硝，脫硝效率只有50%左右，遠遠不能達到100mg/m3的排放標準，如果采用SCR 技術投入成本高，而且催化劑容易造成二次污染，因此必須對現有SNCR 脫硝技術進行改造是最為經濟、合理的措施。我們選擇采用現有SNCR+分級燃燒技術進行改造。

脫氮系統的用煤經煤粉秤精確計量后，由羅茨風機送到窯尾煙室的脫氮還原區，在脫氮還原區的合適位置均布著一套燃燒噴嘴，煤粉經燃燒噴嘴高速進入還原區內并充分分散，一方面保證了分級燃燒的脫氮效率，另一方面減少了煤粉在壁面燃燒出現結皮的負面影響。此外，根據還原區操作溫度、C1 出口NOx 等系統參數，可及時調整脫氮用煤量。

利用分級燃燒脫氮技術對燒成系統進行改造，不改變分解爐主體結構，在分解爐煙室預留的脫氮還原區，在脫氮噴射預留孔位置設置高速噴煤嘴，煤粉在此區域內缺氧燃燒產生適量的還原氣氛，與窯氣中的NOx 發生反應，將NOx 轉化成無污染的N2。改造后整個窯尾用煤總量與改造前一致，只是將其按一定比例分成兩路，一路進入分解爐，另一路進入還原區。為保證燒成系統的穩定及高效的脫氮效率，脫氮用煤系統需獨立計量和控制。保留原有SNCR 脫硝區域，同時在五級出口，距離撒料板1.8 米處增加高霧化氨水噴槍。

3 結語

僅依靠SNCR 技術也難以實現水泥企業的超低排放。而分級燃燒技術脫硝效率低，而且如果分風、分煤不當還可能引起燃盡區后移，從而影響熟料質量和水泥企業的設備運行。通過分級燃燒+SNCR 復合模式進行脫硝，NOx 排放濃度由原來230mg/m3降低到98mg/m3，氨水用量由0.75m3/H，降為0.36m3/H，可以有效提高脫硝效率，降低氨水使用量，降低熟料成本。