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今年，生態(tài)環(huán)境部、工信部等下發(fā)了《關(guān)于推進(jìn)實(shí)施水泥行業(yè)超低排放的意見》中要求，2025年底前重點(diǎn)區(qū)域50%，2028年底前重點(diǎn)區(qū)域80%的水泥熟料產(chǎn)能完成超低排放改造。各省出臺(tái)的改造實(shí)施方案，對(duì)時(shí)間節(jié)點(diǎn)、覆蓋企業(yè)均有加碼。生態(tài)環(huán)境部發(fā)布的《重點(diǎn)行業(yè)大氣污染防治績(jī)效分級(jí)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(jí)水泥企業(yè)的績(jī)效指標(biāo)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(zhǔn)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(jī)效分級(jí)的差異化指標(biāo)、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(lái)每個(gè)水泥企業(yè)需要開展的工作。政策趨勢(shì)結(jié)合當(dāng)前形勢(shì)來(lái)看，小編認(rèn)為接下來(lái)的3年內(nèi)如果不能實(shí)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(lái)看，低氮燃燒、分級(jí)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(xiàng)都難以實(shí)現(xiàn)超低排放。各項(xiàng)技術(shù)發(fā)展情況如何？如何通過(guò)最優(yōu)組合上述技術(shù)實(shí)現(xiàn)連續(xù)、穩(wěn)定、低成本超低排放？

? 工程技術(shù)分會(huì)結(jié)合當(dāng)前該行業(yè)熱點(diǎn)及企業(yè)急需解決的難點(diǎn)問(wèn)題，將在接下來(lái)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(shí)現(xiàn)氮氧化物超低排放。

? ? 水泥燒成系統(tǒng)產(chǎn)生的氮氧化物主要有三種：高溫下氮?dú)馀c氧氣發(fā)生反應(yīng)生成熱力型的氮氧化物、原燃料中的有機(jī)氮在燃燒或加熱的情況下生成的燃料型氮氧化物及低溫火焰下由于含碳自由基的存在生成的瞬時(shí)性氮氧化物。NO約占90％以上，NO2約占5%-10%。

熱力型氮氧化物

? ? 熱力型氮氧化物是氮?dú)庠诟邷叵屡c氧氣直接反應(yīng)產(chǎn)生的氮氧化物。

? ? 熱力型NOx生成機(jī)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(dāng)溫度超過(guò)一定溫度時(shí)，其反應(yīng)速率和生成量成指數(shù)倍增加。當(dāng)溫度小于1500℃時(shí)，NOx的生成量很少，而當(dāng)溫度大于1500℃時(shí)，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(guò)程中采用空氣作為燃燒氧化劑，煤粉燃燒過(guò)程中氮?dú)獾臐舛认鄬?duì)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(shí)間。

燃料型氮氧化物

? ? 燃料型NOx由燃料中的氮化合物在燃燒中氧化而成。在煤粉燃燒中，由于燃料中氮的熱分溫度低于煤粉燃燒溫度，在600-800℃時(shí)就會(huì)生成燃料型NOx。在燃料燃燒的初始階段和原料加熱的過(guò)程中，含氮有機(jī)化合物熱解產(chǎn)生的中間產(chǎn)物，如N、CN、HCN等被氧化，從而生成氮氧化物。燃料型氮氧化物較熱力型氮氧化物更易于生成。

? ? 由于煤的燃燒過(guò)程由揮發(fā)分燃燒和焦炭燃燒兩個(gè)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(qiáng)，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(qiáng)的情況下，最終生成氮?dú)?。已?jīng)生成的NOx在還原氣氛下也可被NH還原為氮?dú)狻?/span>

? ? 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(duì)于降低燃料型NOx有重要影響。以往研究中，在空氣過(guò)剩系數(shù)小于1.4的條件下所進(jìn)行的煤粉燃燒試驗(yàn)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(shí)溫度影響較大，在高溫條件下，NOx的生成達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

? ? 在煤粉揮發(fā)分燃燒時(shí)，氧化氣氛下，特別是在強(qiáng)氧化氣氛下，氮元素傾向于氮氧化物轉(zhuǎn)化；在強(qiáng)還原氣氛下，氮元素傾向于向氮?dú)廪D(zhuǎn)化。

? ? 燃料型取決于反應(yīng)溫度、氧含量（過(guò)?？諝饬浚⒎磻?yīng)時(shí)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。

瞬時(shí)型氮氧化物

? ? 瞬時(shí)型NOx生成機(jī)理也稱費(fèi)尼莫爾反應(yīng)，其形成過(guò)程與燃料燃燒時(shí)裂解的碳?xì)浠鶊F(tuán)、環(huán)境壓力等相關(guān)。快速型NOx是1971年C.P.Fenimore通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的。在碳?xì)浠衔锶剂显谶^(guò)濃燃燒時(shí)，在反應(yīng)區(qū)附近會(huì)快速生成NOx，主要在火焰溫度峰值區(qū)。瞬時(shí)型氮氧化物是空氣中的氮?dú)馀c燃料燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的部分中間產(chǎn)物反應(yīng)而生成的氮氧化物。由于燃料揮發(fā)物中碳?xì)浠衔锔邷胤纸馍傻腃H自由基可以和空氣中氮?dú)夥磻?yīng)生成HCN和N，再進(jìn)一步與氧氣作用以極快的速度生成NOx，其形成時(shí)間只需要60ms，所生成的量與爐膛壓力0.5次方成正比，與溫度的關(guān)系不大。在以煤為主要燃料的系統(tǒng)中，瞬時(shí)型氮氧化物生成量很少。一般情況不超過(guò)總量的1%。

不同溫度下窯爐內(nèi)熱力、燃料、瞬時(shí)型氮氧化物生成量

? ?由中國(guó)硅酸鹽學(xué)會(huì)、建筑材料工業(yè)技術(shù)情報(bào)研究所主辦的“第二十四屆中國(guó)水泥技術(shù)年會(huì)”即將于12月6-8日在北京工業(yè)大學(xué)召開。此次會(huì)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(jí)燃燒+SNCR+SCR超低排放技術(shù)、各類SCR技術(shù)應(yīng)用對(duì)比及優(yōu)化升級(jí)趨勢(shì)、更適用于水泥行業(yè)的催化劑研發(fā)進(jìn)展等。歡迎大家屆時(shí)參會(huì)交流及發(fā)言、參展。

第二十四屆中國(guó)水泥技術(shù)年會(huì)邀請(qǐng)函鏈接