水泥厂脱硝工艺

泥行业尾气排放的NOx 主要有热式NOx、燃料NOx及瞬时NOx等三种，其中主要部分为热式NOx。

•热式NOx：燃烧空气中的一部分N2，直接和O2反应生成各种氮氧化物。温度在1200ºC以上时，燃烧空气的N2和O2分子反应生成热式NOx，在窑里它主要生成于燃烧区域，因为那个地方的温度很高。这些NOx主要形成在高温回转窑的前部。

•燃料Nox ：氮元素可以形成很多化合物，其以化物形式存于燃料中的氮元素，可以合空气中的氧发生反应形成各种氮氧化物。燃料氮氧化物是由存于燃料里的氮元素在850～950ºC温度范围里燃烧形成的。对于带分解炉的新型干法线，燃料NOx 主要生成于分解炉处。

•瞬时NOx：l碳氢化合物燃烧过程中分解的CH，CH2和C2等基团破坏了空气中的N2分子键，并经反应生成HCN，NH和N等原子基团，它们再与O，OH等基团反应生成NO；快速NOx只有在富燃的情况下，即碳氢化合物较多，氧浓度相对较低时才发生。

工艺优化：主要是通过优化水泥工艺、精心操控等技术，在保证水泥的正常烧成和水泥的质量情况下，挖掘潜力，最大可能的降低NOx；在欧洲水泥协会的BAT文件，该技术也被成为脱硝的主

要措施。

1.燃料氮含量的控制

2.提高生料易烧性

3.烧成操作优化

4.火焰冷却

5.分级燃烧

6.......

在欧美地区，很多水泥厂实施了该技术，并有效于降低烟囱处氮氧化物的浓度。

在水泥厂里，煤是通过喷煤管喷射进窑或分解炉的，并在喷煤管末端附近形成很强的火焰，其温度很高，窑里面的NOx主要在该火焰区域形成，因此为了减少NOx，对喷煤管进行优化是非常有必要的。

通常我们称能降低NOx生成的喷煤管为低氮燃烧器：根据氮氧化物的生成机理，主要通过采用空气分级燃烧、燃料分级燃烧、烟气再循环和低氮燃烧器等方法降低煤粉燃烧过程中氮氧化物的生成量。该装置相对简单，投资、运行费用较低，是经济、有效的技术措施。

在水泥回转窑中，由于设置低的一次风/煤比率，低氮喷煤管在火焰内部形成一个还原气氛，该还原气氛能还原部分NOx成N2（由于低的一次风比率，在火焰内部形成一个还原性气氛，低氮燃烧器的空气比率为：6～8％，而常规喷煤管的空气比率为20～25％）。低氮燃烧器减少NO的另外一个因素是：更均匀平稳的火焰流（避免高温峰点）

1.操作适用性

∙低氮燃烧器可以应用所有的水泥回转窑，可以安装在窑尾和分解炉，其效果都比较好。

∙另外该技术在国内外有很多的运行业绩，也是非常成熟的一种脱硝技术.

∙根据国家颁布“十二五”减排规划指南－环办[2010]97号文件，低氮燃烧器为推荐的一种技术。

∙该技术不需要很高的投资，而且可以对低氮喷煤管灵活设置

2.脱硝效率

∙根据中能环的实际水泥厂工程，低氮燃烧器的应用可以达到600~1000mg/Nm3的排放水平;

∙低氮燃烧器的脱氮效率从0～30％不等，（如果最初的NOx排放基准在2000mg/Nm3的水平，并且喷煤管处于优化的情况下运行，脱硝效率能达到30％）。

3.对水泥窑生产的影响

∙在实际的水泥生产过程中，该技术的脱硝效率并不是很平稳；

∙其脱硝效率具有局限性，针对NOx 排放要求较严的地区，单纯使用该技术，达标较为困难；

∙不适合在燃用高硫煤质或石油焦等燃料的时候使用

低氮燃烧器图片

分级燃烧降氮技术为国、内外常用的脱硝技术。主要分为燃料分级燃烧和空气分级燃烧。

1.典型的分级燃烧原理主要如下

第一步是在燃料燃烧处于还原气氛中，形成富燃料区，以减少或抑制氮氧化物的生成；

第二步是未完全燃烧的燃料与三次风过量的燃用空气汇合，在富氧区完全燃烧。

2.该技术需基于水泥厂实际的工艺情况合理的进行设计，脱硝效率为10%～50%，具有投资

低、运行经济、安装/改造工期短等特点。

3.基于多年的水泥工艺经验，中能环将水泥工艺优化与分级燃烧技术合理的有机结合起来，

使分级燃烧装置发挥其最大的脱硝潜力，降低氮氧化物排放。

水泥厂空气分级燃烧脱硝系统

NCR是选择性非催化还原Selective Non-Catalytic Reduction 的英文缩写，SNCR技术是一种成熟的NOx控制处理技术。此方法是在800～1200℃温度范围，将氮还原剂(一般是氨或尿素)喷入烟气中，将NOx还原，生成氮气和水，脱硝率一般在30~75%之间.

以NH3为还原剂，其反应式如下:

●4NH3 + 4NO +O2 → 4N2 + 6H2O

●4NH3 + 2NO + 2O2 → 4N2 + 6H2O

●8NH3 + 6NO2 → 7N2 + 12H2O

以尿素(CO(NH2)2)为还原剂时:

●CO(NH2)2 + H2O → 2NH3 + CO2

●4NH3 + 4NO + O2 → 4N2 + 6H2O

对燃烧过程中少量NO2，其化学反应为：

●8NH3 + 6NO2 → 7N2 + 12H2O

相比SCR选择催化还原技术，SNCR技术在电厂应用的相对较少，但根据水泥工艺的具体情况，SNCR 系统非常适合水泥厂的脱硝，该技术不用催化剂，设备运行费用省，具有一定的优势。

1.操作适用性

•该技术可应用于所有水泥窑；

•在国外水泥工业已广泛应用；

•根据国家颁布“十二五”减排规划指南－环办[2010]97号文件，低氮燃烧器为推荐的一种技术；

• SNCR脱硝装置投资较低，运行操作便利，可靠性较高。

2.脱硝效率

•大部分运行的SNCR装置，其设计的脱硝效率普遍在10－60％之间，控制的排放水平在500~800mg NOx/m3之间，该效果已足够满足当前的法规要求。

•基于中能环在水泥厂脱硝总包工程，通过CFD、Chemkin等软件的计算模拟，并以现场实测佐证，由中能环总包的水泥脱硝项目，脱硝效率最高在96%以上，NOx 排放浓度能稳定的控制在

100mg/Nm3以下。

3.对水泥窑生产的影响

•在实际的水泥生产过程中,SNCR操作便利，脱硝反应极快;

•对现有窑的运行影响小，可靠性非常高。

SCR是选择性非催化还原SelectiveCatalytic Reduction 的英文缩写，SCR技术是利用NH3与NO反应的选择性，在催化剂表面将富氧烟气中的NO还原成N2和H2O. NH3与NO反应在一个狭窄的温度范围内进行，不同的催化剂的作用温度不一样，使用最广泛的温度为350~400℃，最初的SCR催化剂是铂Pt等贵金属，70年代后期，日本人开始使用钒V、钛Ti、钨W等金属。80年代，TiO2、ZrO2、V2O5等金属化合物开始得到应用，反应的温度窗口也得到的拓宽。最新的SCR工业催化剂一般使用TiO2:为载体的 V2O5/WO3及MoO3等金属氧化物。

SCR是目前商业技术当中脱硝效果最好的成熟技术，其脱硝效率可以达到80%，甚至90%以上，但投资巨大，操作运行费用也非常高。

SCR其化学反应式如下：

●4NH3 + 4NO +O2 → 4N2 + 6H2O

●4NH3 + 2NO + 2O2 → 4N2 + 6H2

对燃烧过程中少量NO2，其化学反应为：

●8NH3 + 6NO2 → 7N2 + 12H2O

根据上述反应公式，可认为：脱硝率与NH3/NOx成正比，即如果脱硝率为80%～90%，则NH3/ NOx 近似为0.8～0.9。发生反应的温度一般在300～400℃，在此温度下，脱硝率可达到80%以上并且未与NOx 反应的NH3逃脱率不超过6ppm.

1.操作适用性

•在水泥工业中，SCR工艺主要在3000～420℃的温度区间进行，基于这点，SCR在水泥工业的设计主要有以下两种:

–低尘废气应用装置：窑尾布袋后面，低粉尘，但相应温度角度，需额外能量身高废气温度；

–高尘废气应用装置：预热器出口处，温度为310～390℃，为SCR反应温度区间，但粉尘浓度

较高；

•投资及运行费用非常昂贵

•受水泥实际工况及运行费用的限制，SCR工艺运行于水泥工业的案例较少，世界范围内在水泥工业，目前只有几个案例在NOx 控制非常严格的欧洲地区。

2.脱硝效率

• SCR 的脱硝效率很高，可以达到90％以上;

•能轻松稳定的把窑尾烟囱的NOx排放控制在200mg/Nm3以下。

3.对水泥窑生产的影响

•优点：非常高的脱硝率，脱硝还原剂的使用效率高，氨逃逸极小；

•缺点：投资费用高，运行费用高，工艺控制繁琐。