水泥行业NOx污染防治及减排措施研究
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摘要：环境污染问题是现代社会面临的一项重要问题。NOx作为大气污染物的重要组成部分之一，我国现行规定水泥行业的NOx排放限值为400mg/Nm3，这与国际标准之间尚存在较大的差距。近年来，随着社会经济的快速发展，人们对环保的要求也越来越高，因此水泥行业必须要更加开展好NOx污染防治及减排工作。本文主要针对水泥行业NOx污染防治及减排措施进行了研究，希望有助于提升相关工作质量，促进环境保护。
关键词：水泥行业;NOx污染;污染防治;减排措施
中图分类号：X5 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2020）04-00-02
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.04.052
Absrtact：Environmental Pollution is an important problem in modern society.As one of the important components of air pollutants，NOx emission limit of cement industry in China is 400mg / Nm3，which is far from the international standard. In recent years， with the rapid development of social economy， people have higher and higher requirements for environmental protection，so the cement industry must do a better job of NOx pollution control and emission reduction.In this paper，the measures of NOx pollution control and emission reduction in cement industry are studied in order to improve the quality of related work and promote environmental protection.
Key Words：Cement industry;Nox pollution;Pollution control;Emission reduction measures
1 水泥行业NOx污染防治的现行措施及其局限性
1.1 降低煅烧温度
一般情况下，水泥窑燃烧器在工作时的温度可以达到1 700～1 900℃左右，而部分较大型的水泥窑在工作时的温度甚至可以达到2 000℃以上，而由于气流在1 200℃的温度以上停留的时间很短，只有3s左右，所以这种情况是十分不利于降低热NO的。针对这项问题，业内通常都是通过一定的措施来降低燃烧温度，以达到减少热NO形成的目的，常见的如增加矿化剂、调整配料等，均可降低燃烧温度。不过，由于水泥与熟料性能等因素的影响，决定了这种措施不适合广泛使用。
1.2 降低过剩空气系数
在水泥窑煅烧过程中，如果过剩空气系数较低，则其NO生成量也会随之减少，所以业内有时会通过降低过剩空气系数的措施来减少NO的生成量。不过，一般情况下，只有当过剩空气系数降低至1.1以下时才会出现明显的NO生成量减少现象，但是如果过剩空气系数过低的话又会导致还原性煅烧现象的发生，从而大大影响到熟料质量，因此这种措施并不十分常用。
1.3 增加火焰长度
站在理论角度上而言，通过增加火焰长度，可以降低高温点温度，从而实现NO生成量的降低。然而在实际生产过程中，往往即使短火焰的温度很高，NO的生成量依然要比最长的火焰少，这主要是由于短火焰中心位置氧气不足，导致烟气在高温区停留时间较短所引起的。
2 水泥行业NOx减排的整体解决方案
2.1 基本原理及工艺
某水泥窑的NOx排放浓度在600～1 000mg/Nm3左右，主要来自于燃烧器的高温NOx，次要来自于燃烧型NOx及分解炉燃烧中的NOx，另外还有少部分来自于生料型和瞬时型NOx。所采用的基本NOx减排方案的原理是：利用可还原NOx的产物或通过向烟道中喷氨气的方式，在合适的条件下还原NOx。在该方案的基础上，又衍生出了LNB过程控制技术、分解炉分级燃烧过程控制技术、SNCR烟气脱硝技术、SCR烟气脱硝技术，另外还有一种SNCR+SCR复合脱硝技术。利用这些先进技术，并通过不断改进SNCR的反应特性、进一步开发SCR脱硝及SNCR+SCR复合脱硝装置、优化控制模式等相关措施，可以有效解决不同窑型、燃料、原料等情况下的NOx减排个性化需求，以及适应不同区域和时段的NOx排放标准要求。以下重点介绍SNCR技术、SCR技术及SNCR+SCR复合脱硝技术。
2.1.1 SNCR技術
SNCR技术的主要原理是：将含有氨基的还原剂喷入分解炉中的850-1 050℃温度区，无须使用无催化剂，还原剂可迅速热分解成NH3并与NOx反应生成N2和H2O，以降低烟气中的NOx浓度。SNCR技术的反应器是分解炉，其利用了还原剂供应模块，在分解炉的喷枪与自动化控制中进行设置。涉及的工艺设备主要包括：溶解罐、储罐、循环、计量及分配模块、喷射组件、控制系统。
2.1.2 SCR技术
SCR技术的主要原理是：把氨基还原剂气喷入旋风预热器出口温度约在300-400℃左右的烟道中，利用催化剂的催化作用，选择性的将NOx还原成N2、H2O等无害气体。涉及的工艺设备主要包括：反应器及相应的催化剂、清灰装置、烟道阀门、输灰装置、均流混合器、喷射计量装置、还原剂存储系统、仪器控制仪表、控制系统等。 2.1.3 SNCR+SCR复合脱硝技术
SNCR+SCR复合脱硝技术顾名思义即是SNCR技术与SCR技术这两种技术相结合的一种脱硝技术。其中，SNCR技术负责承担脱硝功能和提供NH3功能，将SNCR技术的还原剂喷射措施与SCR技术的利用逃逸氨催化的措施相结合，从而提升整体脱硝效率，达到进一步减排的目的。SNCR+SCR复合脱硝技术拥有SNCR技术与SCR技术的双重优点，既投资低、又效率高，并且氨逃逸率也较低。
2.2 研究思路
为实现水泥行业NOx减排的整体解决方案，研究可分3个阶段进行：①在已有技术的基础上，进一步优化低氮燃烧、燃料分级、分解炉空气分级及SNCR等相关技术，在提高NOx脱除效率的同时，最大限度的降低成本;同时深入分析反应机理和动力学原理，建立相应的流动和燃烧模型，以及结合喷射系统、根据喷枪测试结果建立相应的还原剂喷射数据库，不断完善和优化控制系统。②根据相关研发成果及测试依据，确立NOx减排的整体解决方案，并对方案进行不断调试和优化。③根据实践情况对NOx减排的整体解决方案进行进一步调试和优化，确立成套的工艺技术、装置装备、软件包等，并制定相关设备技术规范。
2.3 研究结果
2.3.1 优化LNB+SNCR脱硝装置实践研究结果
某水泥公司通过建立优化LNB+SNCR脱硝装置示范工程并进行实践发现，由改造前720mg/Nm3的NOx排放浓度降至了改造后的220mg/Nm3，实现了NOx排放量的显著降低，整体脱硝效率和低氮脱硝效率分别达到了69.4%和16%，达到了预期目标。
2.3.2 SNCR+SCR复合脱硝技术实践研究结果
某水泥公司通过建立SNCR+SCR复合脱硝示范工程并进行实践发现，由原来415mg/Nm3的NOx排放量下降至了22.6mg/Nm3，脱硝效率高达90%以上，NH3的逃逸小于3ppm。
2.3.3 分解炉环境对氨基还原剂脱硝性能的影响研究结果
通过研究分解炉环境对氨基还原剂脱硝性能的影响发现，通过将生料和其他钙基粉体加入到相关温度区后，SNCR技术的脱硝效果会遭到一定程度的抑制;在低温环境下，通过加入钠离子可以显著提高SNCR技术的脱硝效果。
2.3.4 SCR技术的气流均布模拟方法研究结果
通过研究SCR技术的气流均布模拟方法发现，根据CFD优化确定具体的导流板布置方案，可有效控制SCR技术的系统指标，使其达到最优方案。
2.3.5 脱硝催化剂的选择和应用研究结果
通過研究脱硝催化剂的选择和应用发现，在高灰布置情况下，在预热器C1后和余热锅炉前设置反应器时催化剂的活性最佳，宜选择节距较大的催化剂;在低灰布置情况下，通过在除尘器和余热锅炉间设置辅助加热装置可提升烟气温度，宜选择节距较小的催化剂;尾端布置情况下，在除尘装置后设置反应器并设置辅助加热装置可提升烟气温度，宜选择活性较高的催化剂。
3 结语
随着我国水泥行业的不断发展，应当要更加重视NOx污染防治及减排工作，最大限度的控制NOx排放量。这不仅关乎到水泥行业自身能否长期健康发展，更关系到整个社会的可持续发展。在国家层面上，也应当要不断研究和革新相关技术，尽快突破瓶颈，填补烟气脱硝等领域的技术空白。
参考文献
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[3]杨宏射.MI-CFD技术用于降低水泥窑NOx和CO排放的实践[J].新世纪水泥导报，2017，23（03）：57-61.
收稿日期：2019-12-21
作者简介：王路宁（1971-），男，汉族，本科学历，高级工程师，研究方向为环境监测综合分析。
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