新型干法水泥窑氮氧化物治理及控制技术.doc

新型干法水泥窑氮氧化物治理及控制技术
作者:俞进旺 宋正华 邢国梁 杨正平 
 
    1   水泥窑烟气特性
    2007年,,排放氮氧化物157万吨,占全国工业排放总量的15%,已是居火力发电、汽车尾气之后的第三大氮氧化物排放大户。回转窑是新型干法水泥物料烧成的关键技术装备,也是NOx的主要来源。煅烧水泥熟料时生成一氧化氮NO的途径主要有四种[1],即第一种热力NOx,它是燃料在水泥窑头1400℃以上燃烧时会产生大量NOx;第二种瞬发NOx,它是有碳氢根存在时,于火焰前端瞬发形成的NOx,一般这种瞬发NO生成量的比例很小;第三种燃料NO,它是由燃料中所含的化学接合氮所产生的。%~2%的氮(按质量计)。因为燃料中氮原子的接合能较小,所以在水泥窑系统相对较低温的分解炉内产生的燃料NOx较多;第四种生料NOx,它是由窑喂料中含氮的化合物分解后而形成的NOx,例如NH4等。在窑废气中NO2一般仅占NO+NO2总量的5%以下,NO则占总量的95%以上。
    在我国新型干法水泥回转窑上常用的NOx控制技术主要有以下几种:一是优化窑和分解炉的燃烧制度;二是改变配料方案,掺用矿化剂以求降低熟料烧成温度和时间,改进熟料易烧性;三是采用低NOx的燃烧器;四是在窑尾分解炉和管道中的阶段燃烧技术。然而,即使把上述四种措施全部采用起来,事实上水泥窑的NOx排放也很难达到400mg/Nm3以下。采用选择性非催化还原(SNCR)脱硝法或选择性催化还原(SCR)脱硝法进一步降低NOx排放的措施是一个非常有效的降低NOx排放的途径。
    2   水泥工业NOx 的排放标准
    水泥工业NOx的排放标准、实际排放数量国内和国外的标准、法规对水泥工业NOx 排放的限定指标见表1[2] 。表中1mg/ Nm3 ≈ 。德国近30年的监测结果显示,回转窑废气中NOx排放浓度大约在300~2200mg/ Nm3。国内运行的新型干法水泥窑NOx排放浓度尚缺乏系统的统计数据,根据一些不完全的监测数据显示,大约在800~1600mg/Nm3 左右,达不到国家标GB4915-2004和欧盟标准2000/76/EC规定的要求。
    表1 国内和国外的标准、法规对排放的限定指标
    3   选择性非催化还原(SNCR)脱硝法     
      SNCR 降低NOx原理[3]
    在分解炉的中下部(约950℃) 加入还原剂尿素[CO(NH2)2]或氨水(NH4OH) ,在有部分氧存在的条件下,发生以下反应过程。
    当温度低于800℃时,NH3与NO的反应速度很慢;当温度高于1050℃时反应式(2)会逐渐起主导作用,当温度高于1300℃时NH3转变为NO的趋势会变得明显。
    SNCR的反应机理非常复杂,目前仍未能完全了解,多数学者认为NHx基还原剂按图1 所示的途径反应:
      工艺流程(图2)
    在分解炉的中下部喷入氨水或尿素等容液,使之与烟气中的NOx化合,并将其还原成氮气和水。这样就可较大幅度地削减NOx的排放,削减效果达30%~85%,NO2排放浓度可降到200~400mg/Nm3。氨水储存罐的氨水经过过滤器后,通过氨水添加泵送入分