沸騰干燥窯氮氧化物減排技術發展現狀

唐新宇

近年來，隨著國家環保標準的提升，水泥行業的氮氧化物排放要求也日趨嚴格，GB 4915-2013《水泥行業大氣污染物排放標準》（以下簡稱《排放標準》）規定烘干機、烘干磨、煤磨及冷卻機的氮氧化物排放濃度為300～400mg/m3（分重點地區和非重點地區）。沸騰干燥窯是我國水泥企業普遍使用的設備，但在未進行氮氧化物減排處理的情況下，沸騰干燥窯的氮氧化物排放濃度往往會超標。目前已有水泥企業采用SNCR技術以降低沸騰干燥窯氮氧化物排放濃度，但僅采用SNCR技術，必然會產生氨逃逸。筆者認為，將沸騰干燥窯結構進行改進并與SNCR技術相配合，是今后沸騰干燥窯脫硝技術的發展方向。

1 沸騰干燥窯基本情況

沸騰干燥窯，也稱為沸騰爐干燥窯、沸騰烘干窯等，由沸騰爐和干燥窯兩部分組成。沸騰爐的燃燒原理是將燃料破碎后注入爐內，用爐下方的一次風托起，在爐內形成沸騰狀的燃燒形態。沸騰爐產生的高溫煙氣經過擋火墻后不經省煤器、空氣預熱器等設備，與物料同步進入干燥窯（回轉窯）內。在干燥窯內，物料中的水分受熱蒸發，物料被干燥。由于沸騰爐內的特殊環境適合添加脫硫劑脫硫，同時物料本身也具有一定的脫硫效果，所以沸騰干燥窯排放的煙氣中，二氧化硫濃度較低，一般不會超標排放。但由于沸騰爐爐膛溫度高達600℃～900℃，燃料中氮的釋放必然會導致大量的氮氧化物排放。

2 沸騰干燥窯氮氧化物排放情況

為進一步了解沸騰干燥窯氮氧化物排放的實際情況，我公司現場檢測了多個沸騰干燥窯，其氮氧化物排放濃度結果如下：

2.1 A廠沸騰干燥窯排放情況

A廠有一條2 500t/d水泥熟料生產線，沸騰干燥窯用于烘干水渣等原料，其氮氧化物排放檢測結果見表1。根據《排放標準》規定，采用獨立熱源的烘干設備氮氧化物排放基準含氧量為8%，而回轉窯氮氧化物排放濃度的基準含氧量為10%，計算沸騰干燥窯氮氧化物排放濃度如下：

式中：

53——平均NO排放濃度值，ppm

46--NO2分子量

8——標準含氧量百分率

18.2 ——實際氣體含氧量百分率

計算結果表明A廠的沸騰干燥窯實際氮氧化物排放濃度已經超標。

2.2 B廠、C廠沸騰干燥窯排放情況

B廠、C廠是單獨的粉磨站，其沸騰干燥窯氮氧化物排放濃度分別見表2、表3。

由表1～3檢測結果可知，三家水泥廠的沸騰干燥窯的氮氧化物排放濃度均已超過標準限值，據此估算沸騰干燥窯的平均氮氧化物排放濃度應在500～800mg/m3之間。

3 沸騰干燥窯脫硝技術類型

目前可用于沸騰干燥窯脫硝的技術主要有以下幾種：

（1）SNCR技術，即選擇性非催化還原技術。一般是在850～1 100℃的情況下，將氨水與氮氧化物反應生成氮氣和水，該技術在水泥窯脫硝中得到了廣泛應用[1]。沸騰干燥窯的爐膛溫度勉強可以達到這一溫度區間。據報道，目前唐山、臨汾等地的水泥廠沸騰干燥窯已利用SNCR法進行脫硝技術改造，達到了國家環保要求。但是即便能利用SNCR技術降低氮氧化物的排放濃度，也不得不面臨嚴峻的氨逃逸問題。

表1 A廠沸騰干燥窯氮氧化物排放濃度

表2 B廠沸騰干燥窯氮氧化物排放濃度

表3 C廠沸騰干燥窯氮氧化物排放濃度

由于氨氣在沸騰爐爐膛的停留時間較短，一般不足1s，同時爐膛溫度相比水泥分解爐低，因此很大比例的氨氣既不能與氮氧化物反應生成氮氣，也不能與氧氣燃燒得以脫除，最終造成氨氣逃逸。目前《排放標準》并沒有對獨立熱源的烘干設備的氨逃逸進行限制，暫時可以采用SNCR技術降低氮氧化物排放，但是未來氨逃逸肯定會有所規范，受到限制。

（2）SCR技術，即選擇性催化還原技術。一般是在300℃以上，氨水與氮氧化物在催化劑的催化作用下反應，生成氮氣和水，在水泥窯上也得到了一定應用[2]。由于SCR技術不需要過高的反應溫度，可以直接將其應用于沸騰干燥窯。如陳晶[3]等在沸騰干燥窯窯后增加SCR催化劑塔，同時省去了尿素熱解爐等設備，降低了氮氧化物排放濃度。但是SCR技術投資和運行成本遠高于SNCR技術，且煙氣可能需要再熱除塵，因此其使用受到一定限制。

（3）改進型SNCR技術，即通過改進沸騰干燥窯結構，與SNCR技術配合使用的技術。目前，SNCR技術在沸騰干燥窯中應用不理想的主要原因是沒有合適的反應溫度區間，如果對沸騰干燥窯的結構進行一些調整，為SNCR反應創造合適的溫度區間與停留時間，使SNCR技術能夠發揮出脫硝作用，那么氮氧化物本底平均排放濃度將低于沸騰干燥窯的排放濃度，經SNCR脫硝后的沸騰干燥窯氮氧化物排放濃度一定可以達標。改進沸騰干燥窯結構與SNCR技術配合使用應是今后沸騰干燥窯脫硝技術的發展方向。