水泥窯爐低污染排放燃燒與控制技術(shù)研究

李紅林 李旭勝 陳永林 張亮 王丹丹

【摘 要】隨著我國現(xiàn)代化建設的不斷發(fā)展，促進了現(xiàn)代建筑行業(yè)的高速發(fā)展，為了能夠滿足城鎮(zhèn)化和基礎(chǔ)設施建設的需求，人們對于水泥的需求量也隨之增加，無形中增加了水泥窯爐所帶來的污染物排放問題。日趨增大的水泥窯爐污染物排放不僅不利于我國經(jīng)濟現(xiàn)代化建設的可持續(xù)發(fā)展，還對人們的日常生產(chǎn)生活產(chǎn)生了嚴重的負面影響。因此，加強水泥窯爐低污染排放燃燒與控制技術(shù)研究，有利于讓“綠水青山”變得更加的美麗，為人們提供更加美好的生活。本文以水泥窯爐作為研究切入點，論述了水泥窯爐低污染排放燃燒與控制技術(shù)應用情況，希望能夠優(yōu)化水泥窯爐的生產(chǎn)作業(yè)方式，降低HF等污染物的排放。

【關(guān)鍵詞】水泥窯爐;低污染;排放燃燒;控制技術(shù)

作為我國國民經(jīng)濟建設的重要生產(chǎn)資料之一，水泥是工業(yè)現(xiàn)代化的重要基礎(chǔ)材料，規(guī)模化的水泥窯爐生產(chǎn)作業(yè)方式對我國環(huán)境產(chǎn)生了異常深遠的影響，一方面，水泥窯爐長期處于環(huán)境高負荷的狀態(tài)，由于水泥工業(yè)生產(chǎn)是典型的資源型以及排放型的產(chǎn)業(yè)，其所排放的污染物總量占據(jù)我國污染物總量的37%，是重點污染產(chǎn)業(yè)之一。另一方面，隨著環(huán)境意識的崛起，人們加大了水泥窯爐工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的研發(fā)力度，促使著水泥窯爐無論是在技術(shù)裝備水平，還是生產(chǎn)結(jié)構(gòu)方面均發(fā)生了翻天復地的變化。如何將低污染排放燃燒與控制技術(shù)應用于水泥窯爐生產(chǎn)作業(yè)中成為了當前人們需要關(guān)注的熱點問題之一。

一、水泥窯爐污染物排放類型

水泥窯爐在生產(chǎn)的過程中由于其內(nèi)部的煤粉處于高溫的燃燒以及熟料煅燒的狀態(tài)，使得水泥窯爐會產(chǎn)生大量的粉塵顆粒物以及二氧化硫等污染物的排放。

（一）粉塵顆粒物排放情況

為了能夠保障水泥窯爐內(nèi)部的原材料能夠得到充分的燃燒，水泥窯爐內(nèi)部所設置的實際燃燒空氣量一般維持在850Nm3/t左右，高于理論燃燒空氣量的80Nm3/t以上。水泥窯爐內(nèi)部的熟料在高溫的的燃燒下會釋放大量的二氧化碳出來，這部分的二氧化碳源自于熟料的碳酸鹽礦物分解，與此同時，熟料在分解的過程中會產(chǎn)生大量的煙氣，這些煙氣內(nèi)部中蘊含著大量粉塵顆粒物。

（二）硫化物排放情況

水泥窯爐內(nèi)部的原材料在煅燒的過程中會產(chǎn)生大量的二氧化硫，雖然水泥生產(chǎn)原料內(nèi)部所分解生成的氧化鈣能夠吸收部分的二氧化硫，從而使一部分的二氧化硫融入到水泥熟料中，以至于實際排放出來的硫化物含量低于理論硫化物排放量。

（三）氮氧化物排放情況

作為水泥窯爐排放的主要污染物之一，氮氧化物具有高排放以及高污染的特點，通常來說一噸的熟料在水泥窯爐的鍛造過程中能夠產(chǎn)生大約3.6千克的氮氧化物，遠遠超過現(xiàn)行排放限額標準。由于水泥窯爐所特有的生產(chǎn)方式，使得氮氧化物的形成機理處于較為復雜的狀態(tài)，氮氧化物的形成機理主要由兩種類型組成，分別是熱力型排放以及燃料型排放。一方面，從熱力型排放的角度來看，水泥窯爐的熟料在高溫的煅燒下會使得大量的氮氣由于受到高溫氧化產(chǎn)生化學作用，從而形成氮氧化物。另一方面，從燃料型排放的角度來看，水泥窯爐熟料中氮化合物元素在高溫的狀態(tài)下受到熱解作用以及氧化作用的影響從而形成氮氧化物。

（四）持久性有機污染物排放情況

作為水泥窯爐排放的毒性污染物之一，持久性有機污染物具有難以降解等負面的影響，容易對當前的生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的威脅。水泥窯爐在生產(chǎn)作業(yè)的過程中會產(chǎn)生非故意持久性有機污染物排放問題，這是因為在生產(chǎn)的過程中一些微量重金屬元素會與熟料混合在一起從而帶入到水泥窯爐中，在一定濃度限值下，大部分的重金屬元素會融入到水泥產(chǎn)物中，然而，由于汞等重金屬物具有揮發(fā)的特性，難以融入到水泥產(chǎn)物中，從而形成大量的持久性有機污染物。

二、水泥窯爐低污染排放燃燒與控制技術(shù)應用情況

（一）低氮燃燒器在水泥窯爐低污染排放燃燒與控制中的應用

隨著水泥窯爐所帶來的污染問題變得越來越突出，越來越多的人開始重視水泥窯爐低污染排放燃燒與控制技術(shù)的應用，作為水泥窯爐低污染排放燃燒與控制技術(shù)中應用范圍最廣的技術(shù)之一，低氮燃燒器的應用能夠有效的降低水泥窯爐污染物的排放。低氮燃燒器的應用原理在于通過調(diào)整水泥窯爐內(nèi)部的送煤風以及內(nèi)外助燃風之間的比例，從而實現(xiàn)水泥窯爐送煤風以及內(nèi)外助燃風噴射速度的調(diào)整，從而在水泥窯爐內(nèi)部的高溫高氧燃燒火焰的前端區(qū)域重新構(gòu)建氧化還原區(qū)，加快水泥窯爐原材料中的氮氧化物能夠得到充分的分解，從而達到還原氮氧化物的目的。通常來說，低氮燃燒器的應用能夠有效的削減量水泥窯爐中氮氧化物排放總量的5%-12%，隨著水泥窯爐裝備技術(shù)的不斷發(fā)展，低氮燃燒器甚至能夠達到降低氮氧化物排放總量20%-30%的效果。

（二）分級燃燒技術(shù)在水泥窯爐低污染排放燃燒與控制中的應用

分級燃燒技術(shù)同樣也是水泥窯爐低污染排放燃燒與控制技術(shù)中應用范圍較廣的技術(shù)之一，分級燃燒技術(shù)通過水泥窯爐中分解爐燃燒器的具體位置從而實現(xiàn)內(nèi)部原材料的高效然而，分級燃燒技術(shù)能夠在水泥窯爐形成還原區(qū)以及氧化區(qū)兩個不同的區(qū)域，根據(jù)還原區(qū)以及氧化區(qū)運作的功能其自身的喂煤量也隨之不同，借助于分級燃燒的形式能夠?qū)崿F(xiàn)水泥窯爐內(nèi)部的煤粉的充分燃燒，煤粉在充分燃燒的過程中所產(chǎn)生的氮氧化物也隨之得到進一步的分解還原。與低氮燃燒器相比，分級燃燒技術(shù)能夠降低氮氧化物的排放，與沒有應用分級燃燒技術(shù)的水泥窯爐所排放的氮氧化物相比，應用分級燃燒技術(shù)的水泥窯爐所排放的氮氧化物削減量在10%-20%左右，能夠?qū)崿F(xiàn)水泥窯爐污染物高效排放燃燒的目的。

（三）選擇性非催化還原技術(shù)在水泥窯爐低污染排放燃燒與控制中的應用

所謂的選擇性非催化還原技術(shù)（SNCR）指的是水泥窯爐原材料在煅燒的過程中借助于噴入還原劑的方式確保原材料在無催化劑的作用下將氮氧化物還原為無害的氮氣和水，從而達到降低氮氧化物排放的目的。在實際的應用過程中選擇性非催化還原技術(shù)對水泥窯爐的生產(chǎn)環(huán)境運轉(zhuǎn)情況提出了較為嚴苛的要求，工作人員需要找到符合脫硝反應的“溫度窗口”，“溫度窗口”主要集中在水泥窯爐中入爐膛溫度為850-℃1100℃的區(qū)域，只有找到“溫度窗口”才能夠?qū)⑦€原劑以煙氣的形式進入到水泥窯爐中，從而達到低溫煙氣脫硝處理的目的。選擇性非催化還原技術(shù)的應用只會跟水泥窯爐煅燒過程中所產(chǎn)生的氮氧化物發(fā)生化學反映，水泥窯爐內(nèi)部所蘊涵的氧元素不會發(fā)生任何的變化，確保水泥窯爐內(nèi)部的原材料能夠得到充分的煅燒。作為末端處理技術(shù)，選擇性非催化還原技術(shù)的應用能夠加速氮氧化物還原分解的進程，從而產(chǎn)生大量的NH3，進而分解成氮氣和水，實現(xiàn)低污染排放的目的。

三、結(jié)語

綜上所述，水泥窯爐在生產(chǎn)的過程中會產(chǎn)生大量的粉塵顆粒物等污染物的排放，使得社會各界普遍關(guān)注水泥窯爐污染物的排放與控制情況。作為水泥窯爐生產(chǎn)的的基礎(chǔ)和核心，節(jié)能減排成為了當前水泥窯爐生產(chǎn)的重點之一，水泥工業(yè)在發(fā)展的過程中應對更加關(guān)注減排方向面臨的新發(fā)展、新需求，隨著水泥窯爐低污染排放燃燒與控制技術(shù)水平的不斷提升，相信現(xiàn)有的水泥窯爐低污染排放燃燒與控制技術(shù)也隨之得到充分發(fā)展。

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（作者單位：內(nèi)蒙古億利冀東水泥有限責任公司）