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1、水泥窑炉空气分级燃烧及SNCR烟气脱硝技术江苏省盐城市兰丰环境工程科技有限公司 苗长江 陈森林 224000摘要：本文从以下几个方面系统介绍了我公司治理水泥窑炉烟气中NOx的烟 气脱硝技术，希望能对水泥窑炉 NOx 治理起到一定的借鉴作用。关键词： 回转窑 分解炉 NOx 空气分级燃烧 SNCR 脱硝技术引言近年来，水泥工业随着现代城市建设的需要而得到了快速的发展，但是水泥 生产过程中产生的废气对环境的污染也在不断加剧，特别是废气中的NOx对大气 环境的影响已非常严重。由此，本文从以下几个方面系统介绍了我公司治理水泥 窑炉烟气中NOx的烟气脱硝技术，希望能对水泥窑炉NOx治理起到一定的借鉴作
2、用。1 水泥窑炉 NOx 产生机理在新型干法水泥生产工艺中，回转窑和分解炉是水泥物料烧成的两个关键设 备。然而，回转窑和分解炉也是 NOx 生成的主要来源。在水泥熟料生产过程中，大约有 40%左右的煤粉从回转窑窑头的多通道燃烧 器喷入窑内，并进行高温燃烧，为煅烧物料的熔融和矿物重结晶提供足够的温度， 但物料温度必须超过1400C时才会发生物料熔融和矿物重结晶现象，因此通常 需要将窑头燃烧器形成的火焰温度控制在18002200C之间，然而这样在回转 窑内就会生成热力型NOx和燃料型NOx，且均有较多的形成比例，其中尤以热力 NOx为主。同时，大约60%左右的煤粉进入分解炉，炉内的温度一般在850
3、1100C 范围内，在此温度下，基本可以不考虑热力型NOx的形成，主要是燃料型NOx。由此，本文系统介绍了我公司治理水泥窑炉烟气中NOx的空气分级燃烧及 SNCR脱硝技术，希望能对水泥窑炉NOx治理起到一定帮助。2 水泥窑炉空气分级燃烧技术2.1 基本原理水泥窑炉空气分级燃烧是目前最为普遍的降低NOx排放的燃烧技术之一。其 基本原理如图（一）所示：将燃烧所需的空气量分成两级送入，使第一级燃烧区 内过量空气系数小于1，燃料先在缺氧的富燃料条件下燃烧，使得燃烧速度和温 度降低，从而降低了热力型NOx的生成。同时，燃烧生成的CO与NOx发生还原 反应，以及燃料氮分解成中间产物（如NH、CN、HCN和
4、NHx等）相互作用或NOx 还原分解，从而抑制了燃料型NOx的生成，具体反应如下：2CO + 2NO 2CO + N(1)22NH + NH N + H222)NH + NO N + OH3)在二级燃烧区（燃尽区内，将燃烧用空气的剩余部分以二次空气的形式输入， 成为富氧燃烧区。此时，空气量增多，一些产物被氧化生成NOx，但因温度相对 常规燃烧较低，因而总的NOx生成量不高，具体反应如下：CN + O CO + NO（4）11/rl-聶匚一区1 - -氧- -t a - - rLNH t NH-NZt H?NH + NO-N OHam图（一）水泥窑炉空气分级燃烧技术示意图2.2 改造方案及效果如
5、图（一）所示，保持原分解炉主体结构不变，在分解炉烟室预留的脱硝还 原区设置高速喷煤嘴，让喷入的煤粉在此区域内缺氧燃烧，产生适量的还原气氛， 与窑气中的NOx发生反应，将NOx转化为无污染的N2。同时将三次风管入分解 炉的部分管道抬高到相应位置。整个窑尾用煤总量与改造前保持一致，只是进入 分解炉及还原区的用煤量不同。水泥窑炉经过空气分级燃烧技术改造后，其脱硝效率一般可达20%左右。3水泥窑炉SNCR烟气脱硝技术3.1 基本原理SNCR脱硝技术即选择性非催化还原（Selective Non-Catalytic Reduction, 以下简写为SNCR）技术，是一种不用催化剂，在8501100C的温
6、度范围内，将 含氨基的还原剂（如氨水，尿素溶液等）喷入炉内，将烟气中的NOx还原脱除， 生成氮气和水的清洁脱硝技术。在合适的温度区域，且氨水作为还原剂时，其反应方程式为：4NH + 4NO + O 4N + 6H O （1）3222然而，当温度过高时，也会发生如下副反应：4NH + 5O 4N0 + 6H O（2）3223.2 SNCR脱硝还原剂的选择目前，SNCR脱硝工艺最常用的还原剂有氨水和尿素两种。然而，在SNCR脱 硝系统中，还原剂是最大的消耗品，脱硝还原剂的选择是整个脱硝工艺中很重要 的一个环节。1）氨水和尿素的特性对比氨水的特性：氨水与无水氨都属于危险化学品。作为脱硝原剂时，通常采
7、用 20%25%浓度的氨水。无色透明液体，易分解放出氨气，温度越高，分解速度越 快。如果溢出，氨水液体扩散范围较无水氨小，浓度范围较易控制，较无水氨相 对安全。尿素的特性：尿素是白色或浅黄色的结晶体，易溶于水。不同浓度的尿素水 溶液有不同的结晶温度。与无水氨及氨水相比，尿素是无毒、无害的化学品，是 农业常用的肥料，无爆炸可能，完全没有危险。（2）占地面积对比氨水作为还原剂时，仅需考虑氨水储罐的位置，占地面积较小。而尿素作为 还原剂时，需要设计专门的尿素溶液制备系统，占地面积较大。（3）工艺系统对比尿素需要经过溶解制成 50%以下的尿素溶液，需要蒸汽加热，且存在结晶等 问题。而氨水作为还原剂时，
8、不存在结晶问题，其工艺系统最简单、最可靠。（4）还原剂利用率对比由于水泥窑分解炉内温度正常为850950C之间，当氨水作为还原剂喷入分 解炉时，水分迅速蒸发为气态而散失在烟气中，氨则有选择性地与烟气中的NOx 反应，从而脱除NOx；而尿素溶液作为还原剂喷入分解炉时，水分也迅速蒸发， 但尿素粒子并不能立即与烟气中的NOx反应，还需要在高温状态下进行分解，生 成NH3后，再与烟气中的NOx反应。因此，综合以上分析，笔者认为氨水作为还原剂比较可靠！3.3 SNCR 脱硝工艺流程如图（二）所示，水泥窑炉 SNCR 烟气脱硝工艺系统主要包括还原剂储存系 统、循环输送模块、稀释计量模块、分配模块、背压模块、还原剂喷射系统和相 关的仪表控制系统等。图（二）典型水泥窑炉 SNCR 工艺流程图3.4 脱硝效果在SNCR脱硝系统中，还原剂喷入水泥窑分解炉内合适的温度区间，在NHjNOx 摩尔比为1.01.8情况下，脱硝效率可达30%60%左右，氨逃逸WIOppm。4 结论与展望通过以上两种水泥脱硝技术的介绍和分析，笔者建议：在水泥窑炉烟气中 NOx 初始浓度不高或环保排放标准要求不高时，采用几乎没有运行成本的空气分级燃 烧脱硝技术比较经济；而在NOx初始浓度较高或环保排放标准苛刻时，同时使用 空气分级燃烧和SNCR脱硝相结合脱硝技术，可以最终实现高脱硝效率和低运行 成本的两重目标。
