空气分级+SNCR联合脱硝工艺可望成为主流

目前，我国拥有水泥企业近3000 家，产量已连续多年位居世界首位。2012 年我国水泥总产量已突破20亿吨，其中，新型干法水泥比重达到85%。来自国家发改委的数据显示，截至2012 年年底，采用国内技术和装备建设的新型干法水泥生产线已达1400 多条，日产4000 吨、5000 吨水泥生产线占70%左右，总计1000多条生产线。

“十二五”时期，水泥行业是NOx减排的重点行业。2012年《水泥工业“十二五”发展规划》指出，到2015年末，NOx排放总量降低10%，新建生产线必须配套建设效率不低于60%的烟气脱硝装置，二氧化硫排放总量降低8%等目标。

为了配合国家降低水泥行业NOx排放总量的要求，部分省市出台了水泥氮氧化物排放标准和降低NOx排放的技术路径。既要满足新的NOx排放标准，又要降低后期运行成本，选择高效经济的脱硝方法对于水泥行业变得尤其重要。

主要脱硝技术介绍

目前适用于水泥脱硝技术主要应用于两个方向：一个是减少水泥窑燃烧时NOx的生成—低氮燃烧技术，主要有：低空气过量系数改造、窑头燃烧器改造、空气分级燃烧技术和燃料分级技术;另一个是对水泥窑里生成的NOx进行脱除，主要有：选择性非催化还原(SNCR)脱硝技术。

1.低空气过量系数改造

使燃烧过程尽可能在接近理论空气量的条件下进行。随着烟气中过量氧的减少，可以抑制NOx 的生成。这是一种最简单的降低NOx排放的方法，NOx减排效率在10%左右。但如炉内氧浓度过低，会造成浓度急剧增加，增加化学不完全燃烧热损失，引起飞灰含碳量增加，燃烧效率下降。针对水泥窑头燃烧的情况，此技术关键点在于优化煤粉输送用风量和控制二次风量，控制空气过量系数在6%及以下。该技术所受影响因素较多，是系统的改造工程，需同时对煤管和二次风风量进行检测和分析，并对窑头诸多因素予以考虑，实施难度大。

2.低氮燃烧器

燃烧器是水泥窑燃烧系统中的关键设备。不但煤粉是通过燃烧器送入窑内，而且煤粉燃烧所需的空气也是通过燃烧器进入窑内的。从燃烧的角度看，燃烧器的性能对煤粉燃烧设备的可靠性和经济性起着主要作用。从NOx的生成机理看，占NOx绝大部分的燃料型NOx是在煤粉的着火阶段生成的，因此，通过特殊设计的燃烧器结构以及通过改变燃烧器的风煤比例，应用空气分级、燃料分级脱硝技术原理，以尽可能地降低着火氧的浓度适当稳定着火区的温度，达到最大限度地抑制NOx生成的目的。低氮燃烧器的关键控制点为低空气过量系数，控制局部高温和减少空气在高温区的停留时间，最大限度减少热力型NOx生成。

3.空气分级燃烧技术

空气分级燃烧的基本原理是将燃烧所需的空气(三次风)分成两部分送入，一部分送入第一级燃烧区内(分解炉锥部)，使过剩空气系数α在0.8左右，燃料先在缺氧富燃料的条件下燃烧，使得燃烧速度和温度降低，燃烧生成的CO与NO进行还原反应。另一部分空气输入燃烧区内(分解炉中部)，保证燃烧的完全燃烧。

空气分级技术在原未采用该技术的分解炉上可根据实际情况进行后期设计和改造，其改造成本低，施工难度小，对原有的燃烧制度影响小，能较快地建立新的燃烧制度。在分解炉低氮改造上是较成熟和完备的燃烧技术。

4.燃料分级技术

燃料分级原理是将在燃烧中生成的NO 与烃根CH、未完全燃烧产物CO、H2、C 以及CnHm发生还原反应，生成无污染的气体。

利用这一原理，将80%~85%的燃料送入第一级燃烧区，在α>1 条件下，燃烧并生成NOx。其余15%~20%的燃料则在分解炉上部送入二级燃烧区，在α<1 的条件下形成很强的还原性气氛，使得在一级燃烧区中生成的NOx在二级燃烧区内被还原成氮分子。在二级燃烧区中不仅使得已生成的NOx得到还原，还抑制了新的NOx的生成，可使NOx 的排放浓度进一步降低。在二级燃烧区的上面还需布置“燃尽风”喷口，以保证上面生成的未完全燃烧产物的燃尽。这种再燃烧法称为燃料分级燃烧。

根据火电锅炉氮氧化物燃烧控制技术，水泥窑分解炉燃料分级燃烧具有一定脱硝效果，暂未有水泥工业上的较成功应用实例，且需对分解炉做加大规模的改造，效果较难控制。