【水泥人网】一、前言
若不对氮氧化物的排放进行控制，我国“十一五”期间削减二氧化硫10%的努力，将因氮氧化物排放的显着上升而全部抵消。因此，“十二五”将氮氧化物新列入约束性指标，并指出了“重点行业和重点地区氮氧化物排放总量比2010年减少10%”的目标。而我国作为水泥生产世界第一大国，目前拥有水泥企业近 5000 家，2011年水泥产量为20.85亿吨，比上年增长11%，产能占到世界水泥总产量的60%以上。我国水泥行业排放的NOx总量仅次于火力发电厂，由于水泥生产带来的环境问题也尤为突出，国家十二五计划明确了水泥厂氮氧化物排放的减排要求，而工业和信息化部新出台的《关于水泥工业节能减排的指导意见》中明确要求，到“十二五”末，水泥厂氮氧化物排放在 2009 年基础上降低 25%。工业和信息化部发布《水泥行业准入条件》明确提出，新建或改扩建水泥(熟料)生产线项目须配置脱除NOx效率不低于60%的烟气脱硝装置。因此，探讨水泥行业最佳可行的脱硝技术显得尤为迫切。
二、水泥炉窑NOx生成机理
在水泥熟料煅烧过程中，NOx的产生主要源于高温燃料中的氮和原料中的氮化合物，德国水泥工业协会曾统计得出燃料中的氮含量范围，煤为0.5%~2.0%，重油为0.2%~0.5%，替代燃料≤1%。通过初步分析可以得到，我国≥5000t/d，2500t/d和≤1500t/d的新型干法水泥窑的NOx排放分别为600 mg/Nm3、1100 mg/Nm3和1600 mg/Nm3，全国加权平均值不超过800 mg/Nm3。水泥窑尾气中NOx主要成分为NO和NO2，其中NO占90%以上，在所生成的NOx中，热力型NOx占据主导，其次为燃料型NOx和物料型NOx。热力型NOx主要在高于1400℃的回转窑内生成，燃料型NOx主要在温度较低的分解炉或预热器内生成。
三、水泥厂NOx控制技术
根据NOx的生成机理，针对NOx的控制技术主要分两类，一类对燃烧过程进行控制，降低NOx的生成，另一类针对已经生成的NOx采取脱除措施。
3.1 燃烧过程控制技术
3.1.1降低烧成温度措施
由于NOx的形成与烧成温度有很强的相关性，实验表明燃烧温度从1550℃起，到1900℃以指数方次急剧上升，特别在1750℃后几乎是直线上升，而水泥窑的火焰温度峰值就在这个区间。因此，要降低NOx的生成，就必须控制好火焰温度，最好是降低火焰温度;既要降低火焰温度又要保证熟料的烧成，就必须降低熟料的烧成温度。而降低熟料烧成温度的措施有：一是合理平衡配料方案，在保证熟料质量的情况下，适当提高生料的易烧性;二是加入一定量的矿化剂，降低物料的最低共熔点，从而降低烧成温度。对于生料易烧性较差的窑，该项措施一般能降低NOx排放5~10%。
3.1.2 低NOx燃烧措施
低NOx燃烧措施主要针对窑头燃烧器，有低氮燃烧、低氧燃烧、浓淡偏差燃烧、烟气再循环燃烧、替代燃料燃烧等措施。
如果现有的窑头燃烧器性能比较陈旧，就应该进行升级改造，更新采用大推力、低风量、混合好、火焰粗壮有力的燃烧器，这主要是应用低氧、低氮、控高温原理，减少NOx的生成。也有专门开发的低NOx燃烧器，除具备上述特点外，还采取了偏差燃烧、替代燃料等措施，这主要是应用燃烧中的同时还原原理。偏差燃烧可利用CO还原部分NOx，使用部分替代燃料不但能控制火焰峰值，而且替代燃料中本身就含有少量的脱硝氨。还可采取烟气再循环燃烧技术，比如部分利用窑尾废气作为煤风使用，即实现了低氧、低氮，又增加了还原气氛，还控制了火焰峰值。根据现有燃烧器的好坏和所采用的低氮燃烧技术的力度不同，该项措施一般能降低NOx排放5~30%。
3.1.3分级燃烧自还原措施
一是按温度分级，把不需要高温烧成的那部分煤放在窑头以外去烧，以减少NOx的生成，现在的窑外分解窑就是这种天然的工艺，所以它比其他回转窑排放的NOx要少;
二是按气氛分级，先在还原气氛中还原窑内高温形成的NOx，后在富氧气氛中把窑外煤燃尽，这项工作可以在分解炉完成，早期的DD型分解炉就有这种功能。具体根据分解炉的现场特点，将分解炉分为主还原区、弱还原区、完全燃烧区。主还原区设在分解炉的下锥部，对过剩空气不多的窑尾废气，在不给三次风的情况下再给一部分煤，使其形成更浓的还原气氛，实现对窑尾废气中NOx的部分还原。弱还原区设在中部，将剩余的分解炉用煤全部加入，但分解炉用三次风却不给全，在保证煤粉燃烧的情况下形成较弱的还原气氛，一是进一步还原窑尾废气，二是减少分解炉燃烧中的NOx形成。完全燃烧区设在分解炉的上部，在不给煤的情况下，将剩余的三次风补入，以确保煤粉在富氧条件下燃尽。
根据分级燃烧措施的合理程度，该项措施一般能降低NOx排放30~50%。
