水泥窯氮氧化物超低排放系列一：水泥窯氮氧化物生成機理及影響因素
來源：徐榮 日期：2024-10-10 訪問量：649 次今年，生態(tài)環(huán)境部、工信部等下發(fā)了《關(guān)于推進實施水泥行業(yè)超低排放的意見》中要求，2025年底前重點區(qū)域50%，2028年底前重點區(qū)域80%的水泥熟料產(chǎn)能完成超低排放改造。各省出臺的改造實施方案，對時間節(jié)點、覆蓋企業(yè)均有加碼。生態(tài)環(huán)境部發(fā)布的《重點行業(yè)大氣污染防治績效分級及重污染天氣應(yīng)急減排措施技術(shù)指南?水泥工業(yè)（征求意見稿）》中A級水泥企業(yè)的績效指標要求：水泥窯及窯尾余熱利用系統(tǒng)的PM、SO2、NOx排放濃度（基準含氧量10%）分別不高于10、35、50mg/m3，氨逃逸≤8mg/m3（采用尿素、氨水等含氨物質(zhì)為脫硝劑的）。明確企業(yè)績效分級的差異化指標、重污染天氣的減排措施與核查方法。
? 氮氧化物超低排放是未來每個水泥企業(yè)需要開展的工作。政策趨勢結(jié)合當前形勢來看，小編認為接下來的3年內(nèi)如果不能實現(xiàn)氮氧化物超低排放的企業(yè)將生存艱難，甚至退出。技術(shù)上來看，低氮燃燒、分級燃燒、脫硝爐等碳基脫硝技術(shù)以及SCR、SNCR等氨基脫硝技術(shù)，任何單項都難以實現(xiàn)超低排放。各項技術(shù)發(fā)展情況如何？如何通過最優(yōu)組合上述技術(shù)實現(xiàn)連續(xù)、穩(wěn)定、低成本超低排放？
? 工程技術(shù)分會結(jié)合當前該行業(yè)熱點及企業(yè)急需解決的難點問題，將在接下來撰寫系列文章，希望能夠助力企業(yè)明晰技術(shù)、避免誤區(qū)、選取最佳技術(shù)路線，實現(xiàn)氮氧化物超低排放。
? ? 熱力型NOx生成機理，也稱捷里多維奇（蘇聯(lián)人1947提出）反應(yīng)，其形成量與溫度密切相關(guān)，當溫度超過一定溫度時，其反應(yīng)速率和生成量成指數(shù)倍增加。當溫度小于1500℃時，NOx的生成量很少，而當溫度大于1500℃時，燃燒溫度每增加100℃，反應(yīng)速率增大6-7倍。
? ? 由于水泥窯煅燒過程中采用空氣作為燃燒氧化劑，煤粉燃燒過程中氮氣的濃度相對充足和穩(wěn)定，影響熱力型氮氧化物生成量的主要因素有反應(yīng)溫度、反應(yīng)區(qū)域氧氣濃度和反應(yīng)時間。
? ? 由于煤的燃燒過程由揮發(fā)分燃燒和焦炭燃燒兩個階段組成，故燃料型NOx的形成也由氣相氮的氧化(揮發(fā)分NOx)和焦炭中剩余氮的氧化(焦炭NOx)兩部分組成。其中揮發(fā)分氮的轉(zhuǎn)化率隨燃燒溫度的升高而增加。
? ? 在氧化氣氛下，HCN可生成NCO，若氧化氣氛繼續(xù)增強，可以繼續(xù)氧化生成NOx；若在還原氣氛下，HCN則可以被還原生成NH，在還原氣氛增強的情況下，最終生成氮氣。已經(jīng)生成的NOx在還原氣氛下也可被NH還原為氮氣。
? ? 燃料型NOx的生成與火焰附近的氧濃度有關(guān)。所以降低氧濃度對于降低燃料型NOx有重要影響。以往研究中，在空氣過剩系數(shù)小于1.4的條件下所進行的煤粉燃燒試驗結(jié)果表明，轉(zhuǎn)換率隨02濃度平方值的增加而增加。與熱力型NOx不同，燃料NOx生成于較低的溫度水平。開始時溫度影響較大，在高溫條件下，NOx的生成達到穩(wěn)定狀態(tài)。
? ? 在煤粉揮發(fā)分燃燒時，氧化氣氛下，特別是在強氧化氣氛下，氮元素傾向于氮氧化物轉(zhuǎn)化；在強還原氣氛下，氮元素傾向于向氮氣轉(zhuǎn)化。
? ? 燃料型取決于反應(yīng)溫度、氧含量（過剩空氣量）、反應(yīng)時間及原燃料（燃料類型及其內(nèi)包含的揮發(fā)分和氮等）、煙氣NOx濃度等因素。
不同溫度下窯爐內(nèi)熱力、燃料、瞬時型氮氧化物生成量
? ?由中國硅酸鹽學會、建筑材料工業(yè)技術(shù)情報研究所主辦的“第二十四屆中國水泥技術(shù)年會”即將于12月6-8日在北京工業(yè)大學召開。此次會議將圍繞氮氧化物超低排放開展深入交流，包括脫硝爐+SNCR超低排放技術(shù)、分級燃燒+SNCR+SCR超低排放技術(shù)、各類SCR技術(shù)應(yīng)用對比及優(yōu)化升級趨勢、更適用于水泥行業(yè)的催化劑研發(fā)進展等。歡迎大家屆時參會交流及發(fā)言、參展。
