水泥窑降低氮氧化物的方法综述.docx

水泥窑降低氮氧化物的不同方法在水泥熟料的煅烧过程中，会产生大量的氮氧化物，这些氮氧化物主要 是NO和NO2，本文从效果、特点、运行及投资成本等方面对降低氮 氧化物的不同方法进行阐述在水泥熟料的煅烧过程中，会产生大量的氮氧化物，这些氮氧化物主要是NO和NO2，其中NO约占90%以上，而NO2只有5%〜 10%按其来源划分主要有热力型、燃料型、原料型如何控制 NOx的排放，主要从三个方面采取措施：一是在烧成过程中减 少其产生；二是在烧成过程中还原一部分；三是在烧成后的废气 中还原大部分本文从效果、特点、运行及投 资成本等方面对降低氮氧化物的不同方法进行阐述1优化操作稳定工况结合自身的原燃材料情况，进行详细的化学成分和物理性能分析，抓好整个生产过程中的均衡与均化，严格每道工序的质量管 理，优化窑系统的操作参数，把窑系统调整到稳定优化状态，其 NOx排放就会有相应的削减事实上，从对部分窑的检测结果看，操作管理良好的水泥窑 NOx 排放都相对较低，一般能达到 800 mg/Nm 3以下，个别好的能达到700 mg/Nm 3以下，这主要是相应减小了煅烧峰值，抑制了NOx的形成；相反操作管理较差的水泥窑 NOx排放就相对较高，个别达到1 600 mg/Nm 3甚至更高。

实际上，加强管理、优化操作和稳定工况，对提高窑的产质量、 降低生产成本也是必要的对于管理较差的窑，该项措施一般能 降低NOx排放量10%〜15%2降低烧成温度技术我们已经知道，NOx的形成与烧成温度有很强的相关性，实验表明燃烧温度从1 550 °C起，到1 900 °C以指数方次急剧上升， 特别在1 750 C后几乎是直线上升，而水泥窑的火焰温度峰值 就在这个区间因此，要降低NOx的生成量，就必须控制好火焰温度，最好是 降低一些火焰温度；既要降低火焰温度又要保证熟料的烧成，就 必须降低熟料的烧成温度降低熟料烧成温度的措施有：一是合理平衡配料方案，在保证熟 料质量的情况下，适当提高生料的易烧性；二是加入一定量的矿 化剂，降低物料的最低共熔点，从而降低烧成温度对于生料易烧性较差的窑，该项措施一般能降低 NOx排放量5% 〜10%3低NOx燃烧技术 低NOx燃烧措施主要针对窑头燃烧器，有低氮燃烧、低氧燃烧、 浓淡偏差燃烧、烟气再循环燃烧、替代燃料燃烧等措施如果现有的窑头燃烧器性能比较陈旧，就应该进行升级改造，更 新采用大推力、低风量、混合好、火焰细而不长的燃烧器，这主 要是应用低氧、低氮、控高温原理，减少 NOx的生成。

将煤粉通道布置在轴流风和旋流风两层通道以内， 煤风道以内不再设置旋流风，从而使火焰中心的煤粉富集，燃料主要集中在火 焰的中心区域，形成燃料密集形火焰，在氧浓度较低的情况下低 氮燃烧也有专门开发的低 NOx燃烧器，除具备上述特点外，还采取了偏差燃烧、替代燃料等措施，这主要是应用燃烧中的同时还原原理偏差燃烧可利用 CO还原部分NOx，使用部分替代燃料不但 能控制火焰峰值，而且能发挥其本身含有的少量脱硝氨的作用还可采取烟气再循环燃烧技术，比如部分利用窑尾废气作为煤风 使用，既实现了低氧、低氮，又增加了还原气氛，还控制了火焰 峰值根据现有燃烧器的好坏和所采用的低氮燃烧技术的力度不同，项措施一般能降低 NOx排放量5%〜30%4分级燃烧自还原技术一是按温度分级，把不需要高温烧成的那部分煤放在窑头以外去 烧，以减少NOx的生成现在的窑外分解窑就是这种“天然”的工 艺，所以它比其他回转窑排放的 NOx要少二是按气氛分级，先在还原气氛中还原窑内高温形成的 NOx，后在富氧气氛中把窑外煤燃尽，这项工作可以在分解炉完成，早 期引进的DD型分解炉就有这种功能具体根据分解炉的现场特 点，将分解炉分为主还原区、弱还原区、完全燃烧区。

主还原区 设在分解炉的下锥部，对过剩空气不多的窑尾废气，在不给三次 风的情况下再给一部分煤，使其形成更浓的还原气氛，实现对窑 尾废气中NOx的部分还原；弱还原区设在中部，将剩余的分解 炉用煤全部加入，但分解炉用三次风却不给全，在保证煤粉燃烧 的情况下形成较弱的还原气氛，一是进一步还原窑尾废气，二是 减少分解炉燃烧中的 NOx形成；完全燃烧区设在分解炉的上部， 在不给煤的情况下，将剩余的三次风补入，以确保煤粉在富氧条 件下燃尽根据分级燃烧措施的合理程度，该项措施一般能降低 NOx排放量 30% 〜50%5选择性非催化还原技术（SNCR ）选择性非催化还原技术，是目前水泥行业主推的脱硝手段，是在 合适的温度窗口喷入脱硝剂氨水或尿素，以此还原烟气中的NOxSNCR不用催化剂，直接使用压缩空气经多个喷嘴将脱硝剂吹入 烟气中，使NOx在温度窗口内与NH 3充分接触一段时间后被 还原为N2这有两个技术难点：一是如何保证喷嘴始终处于温 度窗口内，二是如何保证所有 NOx与NH3有一定时间的充分接 触NOx的还原反应需发生在一个特定的温度区间内，这个温度区间被称为“温度窗口 ”理论上氨水的最佳反应温度为 856 °C，尿 素的最佳反应温度为 890 C，而根据工业经验，这个温度窗口 一般在900〜1 100 C之间。

低于这个温度会增加 NH3的逃逸 率，导致脱硝效率下降，甚至形成 NH 3和CO污染；高于这个 温度，又会导致NH3分解，使本来的脱硝剂反被氧化为 NOx实际上，温度窗口在分解炉上的几何分布是不确定的，而且会随 着原燃材料和热工状况的波动而波动， 喷嘴又不可能做到及时跟踪，所以在实际使用中跳出窗口外的喷氨现象是很难避免的另一方面，还原剂在温度窗口内的停留时间与脱硝效率有很强的 相关性试验表明，要想获得理想的脱硝效率，还原剂在温度窗 口内的停留时间至少要达到 0.5 s以上，这又增加了喷嘴的布置 和跟踪难度SNCR相对于SCR具有一次性投资较小、运行成本较低、占用 空间较小的优点，因此才成为目前水泥行业脱硝的主推技术，但 我们必须清楚，SNCR还存在上述多种缺点，而且脱硝率较低， 一般为50%~80% ; NH3的逃逸率较高，可达SCR的3倍以上；氨水消 耗量巨大，根据某使用者经验，一条 5 000 t/d熟料线，每小时就需要用25%的氨水约2.8 t，是SCR的16倍，另夕卜氨水资源 也是个问题另外，因为有 2 800 kg/h的氨水入炉，分解炉在 用煤、用风上也要做必要的调整氨水作为脱硝剂加入炉内，升 温、汽化、脱硝反应都需要吸热，将直接增加熟料热耗约 105kJ/kg熟料，同时增加预热器废气量约 6 000 m 3/h，导致排风机电耗增加约20 kW/h。

根据喷氨对温度窗口的跟踪情况，该项措 施一般能降低NOx排放量50%~80%6选择性催化还原技术（SCR ）选择性催化还原技术，是目前世界上的脱硝主打技术以氨水或 尿素为脱硝剂，在吸收塔内的催化剂作用下作催化选择吸收，脱 硝率可达80%~90%SCR目前已成为电力行业脱硝的主打技术，但在水泥行业的工 业实践才刚刚开始，运行过程中还存在诸多问题如：烟气尘粒 堵塞催化剂层问题，烟气中的碱性物质、 CaO、SO 2会使催化剂中毒失效问题等现在普遍应用的催化剂是以蜂窝状模块化多孔 TiO 2为载体，表面敷有主催化剂V2O5、辅催化剂WO3，称为钒钛基催化剂， 用V O - WO /TiO表示其中V o起催化作用，WO起抑制 2 5 3 2 2 5 3SO2/SO3转换的作用其中 V2O5约1%〜5%、WO3约5%〜 10%、TiO2 > 85%SCR的核心技术是催化剂，催化剂的成本已占到总体成本的 30%~50%，我国以前全部依赖进口，直到去年才有国内的公司 投产目前世界上的催化剂生产厂家主要有：美国的康宁公司， 欧洲的亚吉隆公司、托普索公司、巴斯夫公司、索拉姆公司，日 本的日立公司、日立造船公司、日本触媒公司、触媒化成公司， 韩国的SK公司等。

SCR也有自己的温度窗口，一般在250〜450 °C之间需要强调 的是，低于这个温度会增加 NH 3的逃逸率，导致脱硝效率下降， 甚至形成NH3和CO污染，而且催化剂会促使烟气中的 SO2转换成SO3 , NH3会与SO3反应生成硫酸铵堵塞催化剂的反应通 道；高于这个温度，特别是〉500 C会造成V2O5烧结和挥发失 效，造成较大损失工艺上可以考虑高尘和低尘两种布置方案：一是为了减少堵塞躲 开高尘环境，将吸收塔安置在除尘器之后，但由于温度窗口的需 求，需要对废气重新加热，使工艺复杂、投资增大、运行成本提 高，所以一般不予采用；二是为了适应温度窗口的需要，将吸收 塔安置在预热器与高温风机之间，尽管此处含尘较大，但烟气在280〜400 C之间，与温度窗口对应，因而被多数采用SCR虽然具有脱硝率稳定而且高的特点，但其一次性投资和运 行成本大约都在SNCR的两倍以上，对已建有余热发电的窑尾 系统在空间布置上也较困难，增加的系统阻力较大、电耗较高以5 000 t/d熟料线为例，SCR增加的系统阻力约700〜1 000Pa ,增加高温风机功率约 200 kW，仅此一项烧成电耗就增加约 0.75 〜1.5 kW/ h / t 熟料。

而且SCR催化剂一般采用“二加一”设计，通过初置两层预置一 层的方式来解决催化剂的老化问题，因此后期的系统阻力还会增 加对已设有余热锅炉的系统，吸收塔只能设在锅炉前，吸收塔和前 后连接管道的表面散热、脱硝剂的汽化和反应吸热，都将使余热 锅炉的入口温度降低，导致发电量下降虽然SCR氨水用量较小，以5 000 t / d熟料线为例，约为每小 时160 kg / h，但其催化剂的投入却很大，而且寿命估计只有 3年左右以5 000 t / d熟料线为例，初置的两层催化剂约为 70〜 80 m 3，目前的国内价格约3.5万元/m3，总投资高达约245〜280万元，而且还有涨价趋势在催化剂使用正常的 情况下，该项措施一般能降低 NOx排放量80%〜90%7袋除尘器携同脱硝技术鉴于SCR的优点和缺点，笔者在2012年3月17日杭州水泥脱 硝会议上提出了 “袋收尘器携同脱硝”的设想，受到了周清浩部长 的关注，并弓1起了部分催化剂厂、收尘器厂的重视和沟通袋收尘器携同脱硝，必须解决两个关键问题：一是催化剂与收尘 器滤袋的附载问题，二是降低烟气还原的温度窗口问题 SCR之所以比SNCR温度窗口低，关键是采用了催化剂，那么有没 有一种新的催化剂能进一步降低温度窗口呢？最好能容易在收 尘器滤袋上附载，再就是降低催化剂的价格。

查阅有关资料，国夕卜室内阶段的研究成果有：（ 1 ） Sebastianzurcher采用泡沫陶瓷附载 V2O5同时除尘脱硝，在300 °C下取 得了较好的脱硝效果；（2 ） Jae eui yie采用MnOx , Young ok park采用CuMnOx ,附载于收尘滤布上，在 200 C下取得了 脱硝率〉90%的效果；（3 ） Weber等研究了将催化剂附载于玻 纤滤袋上，实验室的脱硝率也达到了 90%以上实际上，国内的起步也不晚，南京工业大学的材料化学工程国家 重点实验室已经开发出“新型高效无毒稀土系列复合脱硝催化 剂”，形成了 “以稀土及过度金属复合氧化物为活性组分的中低温高效脱硝催化剂”体系，其整体性能优于国际先进水平 在110〜180 °C的温度区间，低温滤袋脱硝催化剂的脱硝率已达到 80%以上；在140〜180 C的温度区间，低温滤袋脱硝催化剂的脱硝 率已达到90%以上国内催化剂的技术突破，为收尘器携同脱硝奠定了基础据说中 材装备集团有限公司已经开始了工业化应用研究， 相信在不久的将来会给水泥工业脱硝带来。