沸腾干燥窑氮氧化物减排技术发展现状

唐新宇

近年来，随着国家环保标准的提升，水泥行业的氮氧化物排放要求也日趋严格，GB 4915-2013《水泥行业大气污染物排放标准》（以下简称《排放标准》）规定烘干机、烘干磨、煤磨及冷却机的氮氧化物排放浓度为300～400mg/m3（分重点地区和非重点地区）。沸腾干燥窑是我国水泥企业普遍使用的设备，但在未进行氮氧化物减排处理的情况下，沸腾干燥窑的氮氧化物排放浓度往往会超标。目前已有水泥企业采用SNCR技术以降低沸腾干燥窑氮氧化物排放浓度，但仅采用SNCR技术，必然会产生氨逃逸。笔者认为，将沸腾干燥窑结构进行改进并与SNCR技术相配合，是今后沸腾干燥窑脱硝技术的发展方向。

1 沸腾干燥窑基本情况

沸腾干燥窑，也称为沸腾炉干燥窑、沸腾烘干窑等，由沸腾炉和干燥窑两部分组成。沸腾炉的燃烧原理是将燃料破碎后注入炉内，用炉下方的一次风托起，在炉内形成沸腾状的燃烧形态。沸腾炉产生的高温烟气经过挡火墙后不经省煤器、空气预热器等设备，与物料同步进入干燥窑（回转窑）内。在干燥窑内，物料中的水分受热蒸发，物料被干燥。由于沸腾炉内的特殊环境适合添加脱硫剂脱硫，同时物料本身也具有一定的脱硫效果，所以沸腾干燥窑排放的烟气中，二氧化硫浓度较低，一般不会超标排放。但由于沸腾炉炉膛温度高达600℃～900℃，燃料中氮的释放必然会导致大量的氮氧化物排放。

2 沸腾干燥窑氮氧化物排放情况

为进一步了解沸腾干燥窑氮氧化物排放的实际情况，我公司现场检测了多个沸腾干燥窑，其氮氧化物排放浓度结果如下：

2.1 A厂沸腾干燥窑排放情况

A厂有一条2 500t/d水泥熟料生产线，沸腾干燥窑用于烘干水渣等原料，其氮氧化物排放检测结果见表1。根据《排放标准》规定，采用独立热源的烘干设备氮氧化物排放基准含氧量为8%，而回转窑氮氧化物排放浓度的基准含氧量为10%，计算沸腾干燥窑氮氧化物排放浓度如下：

式中：

53——平均NO排放浓度值，ppm

46--NO2分子量

8——标准含氧量百分率

18.2 ——实际气体含氧量百分率

计算结果表明A厂的沸腾干燥窑实际氮氧化物排放浓度已经超标。

2.2 B厂、C厂沸腾干燥窑排放情况

B厂、C厂是单独的粉磨站，其沸腾干燥窑氮氧化物排放浓度分别见表2、表3。

由表1～3检测结果可知，三家水泥厂的沸腾干燥窑的氮氧化物排放浓度均已超过标准限值，据此估算沸腾干燥窑的平均氮氧化物排放浓度应在500～800mg/m3之间。

3 沸腾干燥窑脱硝技术类型

目前可用于沸腾干燥窑脱硝的技术主要有以下几种：

（1）SNCR技术，即选择性非催化还原技术。一般是在850～1 100℃的情况下，将氨水与氮氧化物反应生成氮气和水，该技术在水泥窑脱硝中得到了广泛应用[1]。沸腾干燥窑的炉膛温度勉强可以达到这一温度区间。据报道，目前唐山、临汾等地的水泥厂沸腾干燥窑已利用SNCR法进行脱硝技术改造，达到了国家环保要求。但是即便能利用SNCR技术降低氮氧化物的排放浓度，也不得不面临严峻的氨逃逸问题。

表1 A厂沸腾干燥窑氮氧化物排放浓度

表2 B厂沸腾干燥窑氮氧化物排放浓度

表3 C厂沸腾干燥窑氮氧化物排放浓度

由于氨气在沸腾炉炉膛的停留时间较短，一般不足1s，同时炉膛温度相比水泥分解炉低，因此很大比例的氨气既不能与氮氧化物反应生成氮气，也不能与氧气燃烧得以脱除，最终造成氨气逃逸。目前《排放标准》并没有对独立热源的烘干设备的氨逃逸进行限制，暂时可以采用SNCR技术降低氮氧化物排放，但是未来氨逃逸肯定会有所规范，受到限制。

（2）SCR技术，即选择性催化还原技术。一般是在300℃以上，氨水与氮氧化物在催化剂的催化作用下反应，生成氮气和水，在水泥窑上也得到了一定应用[2]。由于SCR技术不需要过高的反应温度，可以直接将其应用于沸腾干燥窑。如陈晶[3]等在沸腾干燥窑窑后增加SCR催化剂塔，同时省去了尿素热解炉等设备，降低了氮氧化物排放浓度。但是SCR技术投资和运行成本远高于SNCR技术，且烟气可能需要再热除尘，因此其使用受到一定限制。

（3）改进型SNCR技术，即通过改进沸腾干燥窑结构，与SNCR技术配合使用的技术。目前，SNCR技术在沸腾干燥窑中应用不理想的主要原因是没有合适的反应温度区间，如果对沸腾干燥窑的结构进行一些调整，为SNCR反应创造合适的温度区间与停留时间，使SNCR技术能够发挥出脱硝作用，那么氮氧化物本底平均排放浓度将低于沸腾干燥窑的排放浓度，经SNCR脱硝后的沸腾干燥窑氮氧化物排放浓度一定可以达标。改进沸腾干燥窑结构与SNCR技术配合使用应是今后沸腾干燥窑脱硝技术的发展方向。