水泥炉窑选择性催化还原脱硝技术.doc

水泥炉窑选择性催化还原脱硝技术随着社会的发展，环境保护工作日益得到各国政府和人民的高度重视，其中，大气环境质量是我们更加关注的问题，在过去的十年中，我国的SO2排放得到了广泛的治理和有效的控制。而NOx污染排放控制的工作在我国方兴未艾，“十二五”期间，NOx首次被列入约束性指标体系，排放总量要削减10%。目前，尽管SCR脱硝技术在电力行业得到大力的推广，我国NOx控制的形势依然十分严峻，在“十二五”的第一年，即2011年我国的NOx排放总量依然增加了7%左右，这就意味着在今后的四年中，我国的NOx排放控制工作将异常艰巨。NOx的主要排放源为电站锅炉、机动车、水泥和玻璃炉窑、工业锅炉、酸洗工艺过程以及其他各种工业窑炉。而在我国，水泥行业NOx的排放量已是居火力发电、汽车尾气排放之后的第三排放大户。NOx已成水泥行业主要废气污染物，排污费占企业排污费总额八成以上。目前，我国拥有水泥企业近5000家，产量已连续多年位居世界首位。2010年全国累计水泥总产量18.7亿吨，其中，新型干法水泥比重达到80%。根据国家发改委的统计，截至2010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经达1300多条，日产4000吨以上的水泥生产线占60%左右，总计800多条生产线。如此之大的产业规模使水泥行业NOx排放对全国NOx排放贡献率达到12%～15%。水泥炉窑内的烧结温度高、过剩空气量大、NOx排放浓度高且灰量大使其脱硝工程面临着艰巨的挑战。目前，用于水泥炉窑NOx排放控制的技术有火焰冷却、低氮燃烧器、分段燃烧、添加矿化剂、选择性非催化还原技术(SNCR)和选择性催化还原技术(SCR)。火焰冷却、低氮燃烧器、分段燃烧、添加矿化剂等技术是炉内燃烧控制技术，采用这些措施后，水泥炉窑的NOx排放控制水平可以达到200～500mg/Nm3。SNCR技术是在水泥炉窑内喷射还原剂，一般可以降低30%～50%的NOx排放，优化还原剂喷射方式可以使NOx净化效率提高到80%左右，但是，要进一步降低NOx排放，SCR技术是唯一的选择，SCR技术可以控制水泥炉窑的NOx排放达到100～200mg/Nm3，可以满足更严格的排放标准。1水泥行业排放现状和标准的发展从我国水泥工业NOx控制技术的使用情况来看，除一些水泥窑采用了低氮燃烧器设计，以及部分新型干法窑通过控制分解炉产生还原性气氛削减NOx排放外，基本未采取任何控制措施。德国近30年的监测结果显示回转窑废气中NOx排放浓度大约在300～2200mg/Nm3。而国内运行的新型干法水泥窑NOx排放浓度尚缺乏系统的统计数据，根据一些不完全的监测数据显示，大约在800～1600mg/Nm3左右，也有一些数据报道水泥炉窑平均排放浓度为500～800mg/Nm3。我国在1985年颁布了第一个水泥行业环保标准，即《水泥工业污染物排放标准》(GB4915-85)，1996年对该标准进行第一次修订，并更名为《水泥厂大气污染物排放标准》(GB4915-1996)。在GB4915-85标准中，没有对水泥炉窑的NOx排放提出限制，而GB4915-1996标准明确规定了水泥厂允许排放NOx的排放限值。2004年国家颁布了新的《水泥工业大气污染物排放标准》(GB4915-2004)，该标准对已建和新建水泥厂的排放要求没有区分，NOx排放限值和GB4915-1996标准规定的水泥炉窑NOx排放限值一样，即为800mg/Nm3。和《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)相比，该限值远远高于火电厂大气污染物排放限值(100～200mg/Nm3)。预计随着国家对NOx排放控制日益严格和脱硝技术的发展，水泥行业的NOx排放标准将趋于更加严格。我国地方政府和相关部门与企业也逐渐加大水泥厂的NOx污染排放控制工作，其NOx排放值更加严格，例如，浙江桐庐水泥NOx排放控制工程的NOx排放限值规定为小于150mg/Nm3。2SNCR脱硝技术选择性非催化还原法(Selectivenon-CatalyticReduction，SNCR)是向水泥窑中喷氨或尿素等含有NH3基的还原剂，在高温(900~1100℃)和没有催化剂的情况下，通过烟道气流中产生的氨自由基与NOx反应，把NOx还原成N2和H2O。在SNCR反应中，部分还原剂将与烟气中的O2发生氧化反应生成CO2和H2O，因此还原剂消耗量较大。SNCR工艺的主要反应如下：4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O目前的趋势是尿素代替NH3作为还原剂，使得操作系统更加安全可靠。一般来讲，SNCR技术对NOx的去除率要低于SCR技术，但是SNCR的设备投资少，制备成本低。因