闫炜

摘 要：我国“十一五”污染物减排时仅有二氧化硫（SO2）这一项大气污染物约束性指标，而氮氧化物（NOX）的污染日益严重，近年来，全国各地水泥厂已经逐步新上了脱硝设施降低氮氧化物浓度、减少氮氧化物排放量，以应对国家越来越严格的排放标准。该文对新型干法水泥回转窑生产过程中产生氮氧化物的机理及脱硝原理和后期对氮氧化物的三种去除技术分别进行了探讨与比较，并在此基础上，对济宁市水泥厂氮氧化物的减排做了具体的分析。

关键词：水泥厂 脱硝 氮氧化物 减排

中图分类号：TQ172.6 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）11（a）-0175-02

我国氮氧化物的污染日益严重，国家“十二五”规划中明确了氮氧化物这一大气约束性指标，并提出2015年全国氮氧化物排放量控制在2 046.2万吨，比2010年下降10%。山东省的2015年氮氧化物排放量要求控制在174万吨，比2010年下降16.1%，而省政府下达给济宁市氮氧化物的减排目标是比2010年削减19%，2015年的排放量控制在16万吨，减排目标远远高于国家和山东省的目标。但2011年国家污染物总量减排核查时发现，出现了氮氧化物排放量不降反升的局面，全国各地的氮氧化物减排形势异常严峻。深究原因，主要是由于燃煤电厂和水泥厂等排放氮氧化物大户尚未大规模开展脱硝工程。据环保部门统计，水泥行业对氮氧化物的排放贡献仅次于火力发电和机动车尾气排放，排名第三。

济宁市拥有新型干法水泥生产线7条，生产规模达到24 700吨熟料/日。为响应国家及水泥行业氮氧化物减排的要求，自2013年起，济宁市各水泥厂逐步实施脱硝工程，氮氧化物浓度大幅下降，扭转了氮氧化物排放量不降反升的尴尬局面。截至目前，济宁市7条水泥生产线已经全部实施了脱硝工程。该文主要就水泥厂产生氮氧化物的机理及后期对氮氧化物的去除技术进行进一步探讨。

1 NOX的生成机理

新型干法水泥回转窑熟料煅烧过程中会产生浓度较高的氮氧化物，也是水泥行业氮氧化物产生的主要环节。水泥窑所产生的废气中，NO占比高达90%[1]，NO2占比仅为5%～10%左右。主要产物NO在水泥窑的燃烧过程中，其产生机理主要有两种：燃料型和热力型。

1.1 燃料型氮氧化物

燃料煤中氮的含量一般在0.52%～1.41%左右，主要以有机氮的形式存在，经热裂解产生N、CN、HCN、NHI等中间产物基团，最终经过氧化反应生成NOX。可以通过改变燃烧条件、使用含氮低的燃料以及抑制燃料与空气的混合等方法来减少氮氧化物的生成。

1.2 热力型氮氧化物

当回转窑中燃烧温度高于1500 ℃时，空气中的N2和氧气反应生成氮氧化物。反应公式如下：

N2+O2=2NO

2NO+O2=2NO2

根据公式可知，可通过降低燃烧温度、降低氮和氧的浓度以及缩短在回转窑中的停留时间来减少氮氧化物的生成。

2 脱硝原理

废气中主要产物NO难溶于水，被氧化后生成的高价态NO2可溶于水，生成的酸易被碱吸收。根据此原理从而可达到脱硝的目的降低氮氧化物的排放量。化学反应式如下：

2NO+O2=2NO2

2NO2+H2O=HNO3+HNO2

HNO2不稳定，会分解为HNO3、NO和H2O：

3HNO2=HNO3+2NO+H2O

HNO3+NH3=NH4NO3

3 氮氧化物排放标准

2013年5月24日，山东省环境保护厅联合山东省质量技术监督局发布了《山东省建材工业大气污染物排放标准》（DB 2373-2013），要求新建企业自2013年9月1日起执行氮氧化物排放浓度限值为300 mg/m3，现有企业自2015年1月1日起执行氮氧化物排放浓度限值为400 mg/m3。就济宁市水泥厂而言，据实施脱硝工程前的在线数据显示，氮氧化物的排放浓度为600～1000 mg/m3，远远达不到该排放标准的要求，因此，水泥行业的脱硝是必然趋势。

4 水泥厂脱硝技术

水泥厂的氮氧化物控制技术主要有三种：低氮燃烧技术（LNB）、选择性催化还原技术（SCR）以及选择性非催化还原技术（SNCR）。

4.1 低氮燃烧技术（LNB）

用改变燃烧条件的方法来降低NOX的排放，统称为低氮燃烧技术，类型包括空气分级燃烧技术、燃料分级燃烧技术和低氮燃烧器技术。在各种降低NOX排放的技术中，低氮燃烧技术的特点就是装置简单、投资较少、运行费用低，但是其效果受窑炉工况等影响较大，使得设备运行稳定性较差，脱硝效率仅为5%～10%，只能使氮氧化物排放浓度降低至500～900 mg/m3，仍无法满足环保部门要求的排放限值。

4.2 选择性催化还原技术（SCR）

SCR技术原理就是利用还原剂（如：液氨、氨水、尿素等）在金属催化剂（如：V2O5）[2]的作用下，选择性地与氮氧化物反应生成N2和H2O。该方法的特点就是脱硝效率很高，能达到85%左右，氮氧化物的排放浓度能降至200 mg/m3以下。但是SCR技术需要使用价格昂贵的金属催化剂，在窑炉出口处粉尘浓度和碱金属含量较高，催化剂易被堵塞和中毒[3]，另外运行费用较高，因此，直接影响该方法在水泥行业脱硝工程中的推广和应用。

4.3 选择性非催化还原技术（SNCR）

SNCR技术中不使用催化剂，在850 ℃～1100 ℃的高温下，将还原剂（如：液氨、氨水、尿素等）喷入炉内，将烟气中的氮氧化物还原为N2和H2O，化学反应式如下： 4NH3+4NO+O2=4N2+6H2O

SNCR技术的脱硝效率能到达50%～60%，虽然效率低于SCR技术，但完全能够将氮氧化物排放浓度降低至排放限值要求范围内。与SCR技术相比，SNCR技术的投资费用和运行费用远低于SCR技术，因此，该技术在水泥行业脱硝工程中运用最广。

5 结语

截至目前，全国的水泥厂已经大范围的新上了脱硝设施。济宁市7条水泥生产线全部使用SNCR技术，以20%氨水为还原剂去除氮氧化物。据在线数据分析，实施脱硝技术后，济宁市水泥行业氮氧化物排放浓度约为300 mg/m3左右，氮氧化物减排效果显著。下一步的工作重点就是要确保脱硝设施的稳定正常运行，巩固减排成果。

参考文献

[1] 徐恒峰，方培根，敖旭平，等.新型干法水泥窑炉脱硝技术应用与探讨[J].水泥工程，2013（3）：64-66.

[2] 史旭鸽.探讨水泥窑炉烟气催化还原脱硝技术[J].应用技术与设计，2013（10）：347.

[3] 房晶瑞，马忠诚，汪澜.水泥窑炉烟气催化还原脱硝技术研究进展[J].环境污染与防治，2013，35（2）：85-92.