燃煤水泥窑炉低NOx排放控制技术研究进展

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为了应对水泥工业越来越严苛的排放标准，有必要对现行以及近年来新涌现的低NO x 排放控制技术进行梳理总结，进一步了解水泥行业低NO x 排放控制技术的研发现状，为水泥企业选择适合的低氮脱硝技术提供参考，为水泥工业实现超洁净绿色生产提供技术储备。

石朝亭1,2，蔡 军1,2,3，任强强1,2,3，吾慧星1,2，马海军4

1. 中国科学院 工程热物理研究所

2. 中国科学院大学

3. 中国科学院洁净能源创新研究院

4. 宁夏天纵泓光余热发电技术股份有限公司

摘要

我国是水泥生产和消费大国，水泥行业已成为我国继热力发电和交通运输之后的第三大NO x 排放源，是引起我国雾霾天气的主要成因之一。随着水泥工业NO x 排放标准的不断提高，燃煤水泥窑炉低NO x 排放控制技术的发展越来越受到重视。为清晰了解水泥行业常见低NO x 排放控制技术的优化方向和新型低NO x 排放控制技术的发展现状，为水泥工业实现超洁净绿色生产提供技术储备，笔者梳理总结了燃煤水泥窑炉常见低NO x 排放控制技术以及新型低NO x 排放控制技术。围绕燃煤水泥窑炉常见低氮脱硝技术，阐述了燃烧前、燃烧中以及燃烧后等各种低NO x 排放控制技术的降氮原理、特点以及应用现状，并指出了这些技术在实际应用中面临的问题；同时介绍了燃烧前、中、后等各种低NO x 排放控制技术的组合应用。重点介绍了近年来新涌现出的以两步还原法为代表且具有潜力的低氮脱硝技术，论述其降氮原理及研究发展现状，对比总结了水泥行业常见低NO x 排放控制技术以及新型低NO x 排放控制技术的脱硝效率、研究和应用现状。面对日益严峻的减排形式，水泥行业深度脱硝工作的开展势在必行。结合常见低NO x 排放控制技术的减排原理、优势以及存在的问题，建议水泥行业可采用燃烧中与燃烧后各种低氮控制技术的组合应用方案，以此达到降本增效的目的，并具体提出了水泥行业现有生产线以及新建生产线可行的组合应用方案。考虑到各种新型低NO x 排放控制技术的降氮原理和发展现状，笔者对水泥行业低氮脱硝技术未来的研究和努力方向进行展望，认为未来水泥行业低NO x 排放控制技术的发展应注重提高还原氛围下的碳还原能力，以激发碳还原能力为核心进行现有技术的优化以及新技术的探索，同时应考虑到与低氮燃烧技术相匹配的精准自动化、智能化测控设备的应用，以全方位监测、反馈系统的相关指标，更好地发挥低NO x 排放控制技术的降氮脱硝效果。

文中插图

图1 PYRO-JET型低氮燃烧器结构原理

图2 高固气比悬浮预热分解技术流程

图3 二级预烧成工艺示意

图4 DD型分解炉分级燃烧示意

图5 高效再燃脱硝技术示意

结语与展望

面对日益严峻的减排形式，水泥行业深度脱硝工作的开展势在必行。结合水泥行业各种低氮燃烧技术的特点、优势以及存在问题，对水泥行业低氮脱硝技术的使用以及未来研究提出几点建议：

1）燃烧中控制方法相对于燃烧前控制方法有更高的脱硝效率，而相对于燃烧后控制方法有更低的成本，因此燃烧中与燃烧后复合技术的使用可以在较低成本下达到较好的脱硝效果。目前，我国大多数水泥生产线都采用低氮燃烧器技术，对于现有需要改造的水泥生产线可采用“分级燃烧+SNCR”或“高效再燃脱硝技术”的组合应用方案进行改造，而对于新建的大规模生产线，为达到更高的排放标准，可采用“低氮燃烧器+SNCR+SCR”或“低氮燃烧器+分级燃烧+SNCR+SCR”组合应用方案进行建设。另外，“高固气比悬浮预热分解技术+SNCR”也是相对较好的选择。

2）未来水泥行业低氮脱硝技术的发展应注重提高还原氛围下的碳还原能力，以激发碳还原能力为核心进行现有技术的优化以及新技术的探索，同时应考虑到与低氮燃烧技术相匹配的精准自动化、智能化测控设备的应用。回转窑以及分解炉中的燃烧温度和氧浓度是影响水泥窑系统NOx排放的重要因素，低温低氧才能低氮，二者的精准测量以及实时反馈是NOx控制措施的重要依据。另外，局部燃烧温度和氧浓度的变化也会应影响NOx的排放，因此对于二者的测量需全方位进行，自动化和智能化的测控对于水泥行业低氮燃烧技术的应用十分重要。

引文格式

石朝亭，蔡军，任强强,等.燃煤水泥窑炉低NO x排放控制技术研究进展[J].洁净煤技术，2020，26(1):174-183.

SHI Chaoting，CAI Jun，REN Qiangqiang,et al.Research progress of low NO x emission control technologies in coal-fired cement kilns[J].Clean Coal Technology，2020，26(1):174-183.

END

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