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一、減排氮氧化物社會效益

    氮氧化物（NOx）是大氣的主要污染物之一，包括NO、NO2、N2O、N2O3、N2O5 等多種氮的氧化物，燃煤窯爐排放的NOx 中絕大部分是NO。NO的毒性不是很大，但是在大氣中NO可以氧化生成NO2。NO2比較穩(wěn)定，其毒性是NO的4～5倍。空氣中NO2的含量在3.5×10‐6（體積分?jǐn)?shù)）持續(xù)1h，就開始對人體有影響；含量為（20～50）×10‐6 時，對人眼有刺激作用。含量達(dá)到150×10‐6 時，對人體器官產(chǎn)生強(qiáng)烈的刺激作用。此外，NOx 還導(dǎo)致光化學(xué)煙霧和酸雨的形成。由于大氣的氧化性，NOx 在大氣中可形成硝酸（HNO3）和硝酸鹽細(xì)顆粒物，同硫酸（H2SO4）和硫酸鹽顆粒物一起，易加速區(qū)域性酸雨的惡化 。

隨著我國工業(yè)的持續(xù)發(fā)展，由氮氧化物等污染物引起的臭氧和細(xì)粒子污染問題日益突出，嚴(yán)重威脅著人民群眾的身體健康，成為當(dāng)前迫切需要解決的環(huán)境問題。2011年全國人大審議通過了“十二五”規(guī)劃綱要，提出將氮氧化物首次列入約束性指標(biāo)體系，要求“十二五”期間工業(yè)氮氧化物排放減少10%，氮氧化物減排已經(jīng)成為我國下一階段污染治理和減排的重點。

二、水泥廠脫硝工藝選擇

目前，水泥窯NOx控制技術(shù)主要包括低氮燃燒器、分級燃燒法、非選擇性催化還原法（SNCR）和選擇性催化還原法（SCR）等，各控制技術(shù)的脫氮效率如下表所示：

NOx 控制技術(shù)	低NOx 燃燒器	SCR	分級燃燒	SNCR
脫氮效率	10~15%	85~90%	25~30%	50~70%

1、低NOx燃燒器

目前在國內(nèi)已經(jīng)有廣泛應(yīng)用，但其效果受窯工況影響較大，一般NOx的排放量不能達(dá)到預(yù)期效果或效果不明顯。

低氮燃燒器一般把一次風(fēng)分成濃淡兩股，濃相在內(nèi)，更靠近火焰中心；淡相在外，貼近水冷壁。濃相在內(nèi)著火時，火焰溫度相對較高，但是氧氣比相對較少，故生成的氮氧化物的幾率相對減少；淡相在外，氧氣比相對較大，但由于距火焰高溫區(qū)域較遠(yuǎn)，溫度相對較低，故氮氧化物的生成也不會很多。 根據(jù)氮氧化合物生成機(jī)理，影響氮氧化合物生成量的因素主要有火焰溫度、燃燒器區(qū)段氧濃度、燃燒產(chǎn)物在高溫區(qū)停留時間和煤的特性，而降低氮氧化合物生成量的途徑主要有兩個方面：降低火焰溫度，防止局部高溫；降低過量空氣系數(shù)和氧濃度，使煤粉在缺氧的條件下燃燒。 簡介： 用改變?nèi)紵龡l件的方法來降低NOx的排放，統(tǒng)稱為低NOx燃燒技術(shù)。在各種降低NOx排放的技術(shù)中，低NOx燃燒技術(shù)采用最廣、相對簡單、經(jīng)濟(jì)并且有效。 

2、SCR 法

SCR 法具有脫氮效率高的優(yōu)勢，在電廠鍋爐脫氮被廣泛應(yīng)用。但由于SCR操作溫度窗口和含塵量的特殊要求，極少應(yīng)用在國內(nèi)外水泥生產(chǎn)線上，主要原因為：（1）出窯的煙氣通常用于余熱發(fā)電，出余熱發(fā)電系統(tǒng)的煙氣溫度無法滿足SCR 的溫度要求；（2）窯尾框架周邊基本上沒有布置SCR催化劑框架的空間；（3）出窯的煙氣中高濃度粉塵及其有害元素易造成催化劑破損和失效；（4）一次性投資大；煙氣通過催化劑的阻力增大了窯系統(tǒng)的阻力；（5）催化劑每三年需要更換，運(yùn)行成本高。 

3、分級燃燒技術(shù)

分級燃燒脫氮的基本原理是在煙室和分解爐之間建立還原燃燒區(qū)，將原分解爐用煤的一部分均布到該區(qū)域內(nèi)，使其缺氧燃燒（第一級燃燒區(qū)域內(nèi)空氣過剩系數(shù)小于1）以便產(chǎn)生 CO、CH4、H2、HCN 和固定碳等還原劑。這些還原劑與窯尾煙氣中的NOx發(fā)生反應(yīng)，將NOx還原成N2等無污染的惰性氣體。此外，煤粉在缺氧條件下燃燒也抑制了自身燃料型NOx產(chǎn)生，從而實現(xiàn)水泥生產(chǎn)過程中的NOx減排。其主要反應(yīng)如下：

2CO +2 NO → N2+ 2CO2

NH+NH → N2+H2

2H2+2NO → N2+2H2O

分級燃燒脫氮技術(shù)具有以下優(yōu)點：

2 有效降低的NOx排放，可達(dá)到25～30％的NOx脫除率；

2 無運(yùn)行成本，且對水泥正常生產(chǎn)無不利影響；

2 無二次污染，分級燃燒脫氮技術(shù)是一項清潔的技術(shù)，沒有任何固體或液體的污染物或副產(chǎn)物生成；

分級燃燒脫氮技術(shù)缺點：

一次投資大，需要適當(dāng)停窯周期實施改造，同時要有經(jīng)驗中控操作人員進(jìn)行調(diào)整。

4、SNCR脫硝技術(shù)

該法將氨水（質(zhì)量濃度20%～25%）或尿素溶液（質(zhì)量濃度80%~20%）通過霧化噴射系統(tǒng)直接噴入分解爐合適溫度區(qū)域（850~1100℃），霧化后的氨與NOx（NO、NO2 等混合物）進(jìn)行選擇性非催化還原反應(yīng)，將NOx轉(zhuǎn)化成無污染的N2。當(dāng)反應(yīng)區(qū)溫度過低時，反應(yīng)效率會降低；當(dāng)反應(yīng)區(qū)溫度過高時，氨會直接被氧化成N2和NO。噴氨后爐內(nèi)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)有：

4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O 

6NO+4NH3→5N2+6H2O

    6 NO2+8NH3→7N2+12H2O

2 NO2+4NH3 +O2→ 3N2+6H2O

用尿素作為還原劑的化學(xué)反應(yīng)有：

2 CO(NH2)2+4 NO+O2→4 N2+2 CO2+4 H2O

6 CO(NH2)2+8 NO2+O2→10 N2+6 CO2+12 H2O

SNCR工藝的NOx脫除效率主要取決于反應(yīng)溫度、NH3和NOx的化學(xué)計量比、混合程度、反應(yīng)時間等。研究表明SNCR工藝的溫度控制至關(guān)重要，最佳反應(yīng)溫度是850℃，若溫度過低，NH3的反應(yīng)不完全，容易造成NH3泄漏；而溫度過高，NH3則容易被氧化為NOx，抵消了NH3的脫除效率。溫度過高或過低都會導(dǎo)致還原劑的損失和NOx脫除率下降。