水泥窯NOx控制技術(shù)

　　水泥行業(yè)NOx的排放量約占全國(guó)工業(yè)排放總量的10%左右，已是居火力發(fā)電、汽車(chē)尾氣之后的第三大NOx排放大戶(hù)。調(diào)查統(tǒng)計(jì)水泥制造企業(yè)3535家，其中有熟料生產(chǎn)的水泥企業(yè)1793家。共有脫硝設(shè)施920套，排放NOx191.7萬(wàn)噸。《水泥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB4915-2013）新標(biāo)準(zhǔn)確定NOx排放限值為一般地區(qū)400mg/m³、重點(diǎn)地區(qū)320mg/m³，這一濃度限值僅高于瑞典和德國(guó)，是世界上較嚴(yán)的標(biāo)準(zhǔn)。中國(guó)環(huán)境保護(hù)部發(fā)布《國(guó)家環(huán)境保護(hù)“十二五”規(guī)劃》，明確提出至2015年NOx排放總量要在2010年的基礎(chǔ)上削減10%，并強(qiáng)調(diào)新型干法水泥窯要進(jìn)行低氮燃燒技術(shù)改造，新建水泥生產(chǎn)線(xiàn)要安裝效率不低于60%的脫硝設(shè)施。

　　1水泥窯NOx的產(chǎn)生

　　在水泥熟料煅燒過(guò)程中，NOx主要來(lái)源于高溫燃料中的氮和原料中的氮化合物。水泥熟料生產(chǎn)中，水泥生料將處在高溫爐內(nèi)煅燒。由于爐內(nèi)高溫的環(huán)境且含有大量O2，一系列的化學(xué)反應(yīng)將因此發(fā)生而產(chǎn)生NOx，根據(jù)反應(yīng)機(jī)理的不同可以將NOx的形成分為以下三種機(jī)理完成：

　　熱力型：高溫條件下空氣中的O2和N2直接反應(yīng)而生成；

　　燃料型：燃料當(dāng)中含氮物質(zhì)的氧化；

　　瞬時(shí)型：空氣中的氮?dú)馀c燃燒過(guò)程中的部分中間產(chǎn)物反應(yīng)而產(chǎn)生。

　　根據(jù)水泥窯爐的類(lèi)型，水泥窯爐高溫區(qū)一般為1550℃~1900℃，此區(qū)域是生成NO的主要場(chǎng)所。隨著煙氣的流動(dòng)，約5%~10%的NO轉(zhuǎn)換成NO2。水泥窯所生成的NOx中，熱力型NOx占據(jù)主導(dǎo)，其次為燃料型NOx。熱力型NOx主要在高于1400℃的回轉(zhuǎn)窯內(nèi)生成，燃料型NOx主要在溫度較低的分解爐或預(yù)熱器內(nèi)生成。

　　1.1熱力型NOx的產(chǎn)生機(jī)理

　　熱力型NOx是燃燒反應(yīng)的高溫使得空氣中的N2與O2直接反應(yīng)而產(chǎn)生的，以煤為主要燃料的系統(tǒng)中，熱力型NOx為輔。一般燃燒過(guò)程中N2的含量變化不大，根據(jù)澤里多維奇機(jī)理，影響熱力型NOx生成量的主要因素有溫度、氧含量和反應(yīng)時(shí)間。反應(yīng)機(jī)理如式（1）、（2）。

　　O2+N→2O+N（1）

　　N2+O→NO+N（2）

　　1.2燃料型NOx的產(chǎn)生機(jī)理

　　燃料型NOx是由燃料中N反應(yīng)而生成，以煤為主要燃料的系統(tǒng)中，燃料型NOx約占60%以上。燃料型NOx主要在燃料燃燒初始階段形成，主要是含氮有機(jī)化合物熱解產(chǎn)生的中間產(chǎn)物N、CN、HCN等氧化生成NOx。影響燃料型NOx生成因素較多，與溫度、氧含量、反應(yīng)時(shí)間，及煤粉的物化特性都有關(guān)系。

　　1.2.1溫度

　　溫度的升高對(duì)燃料型NOx生成量有促進(jìn)作用。在1200℃以下時(shí)，其隨溫度升高顯著增加，溫度在1200℃以上時(shí)，增速平緩。對(duì)于燃料型NOx，燃料中N越高、氧濃度越高、反應(yīng)停留時(shí)間越長(zhǎng)，NOx生成量越大，與溫度相關(guān)性越差。

　　1.2.2氧含量

　　氧含量的增加，可以形成或強(qiáng)化窯爐內(nèi)燃燒的氧化氣氛，增加氧的供給，促進(jìn)燃料中N向NOx的轉(zhuǎn)化。燃料型NOx隨過(guò)?？諝庀禂?shù)的降低而降低，在α<1時(shí)，NOx生成量急劇降低。在氧含量不足時(shí)，氧被燃料中的可燃成分消耗盡，破壞了氮與氧反應(yīng)的物質(zhì)條件。在α>1.1時(shí)，熱力型NOx含量下降，燃料型NOx仍上升。

　　燃料型NOx與煤的熱解產(chǎn)物和火焰中氧濃度密切相關(guān)，如果在主燃燒區(qū)延遲煤粉與氧氣的混合，造成燃燒中心缺氧，可使絕大部分揮發(fā)分氮和部分焦碳N轉(zhuǎn)化為N2。

　　1.2.3煤粉的物化特性

　　不同種類(lèi)的煤，揮發(fā)分含量、氮含量等差異較大。通常揮發(fā)分和氮含量高的煤種生成NOx較多。煤粉細(xì)度較細(xì)時(shí)，揮發(fā)分析出速度快，燃燒速度快，加快了煤粉表面的耗氧速度，使煤粉顆粒局部表面易形成還原氣氛，產(chǎn)生抑制NOx生成的作用。煤粉細(xì)度較粗時(shí)，揮發(fā)分析出慢，也會(huì)減少NOx的生成量。特別是對(duì)劣質(zhì)煤或是著火點(diǎn)較高的煤，這種情況會(huì)更明顯，控制合適煤粉細(xì)度可依據(jù)窯況和NOx生成量綜合考慮。煤揮發(fā)分中氧氮比越大，NOx轉(zhuǎn)化率越高。相同氧氮比條件下，過(guò)?？諝庀禂?shù)越大，NOx轉(zhuǎn)化率越大。