英语原文共 21 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

SNCR脱硝技术在美国水泥厂运用，SCR技术会紧随其后吗？

A. A. Linero, P.E.

摘要

在美国，近几年建造的水泥窑炉运用了窑炉分级燃烧技术（SCC）来降低氮氧化物（NOx）排放。同时，在欧洲很多窑炉新增了选择性非催化还原技术（SNCR）或者用它来代替分级燃烧技术进行水泥厂改造。在最初对SNCR技术十分抵制之后，最近许多美国经营者 都退让了并开始支持SNCR技术。这篇文章调查了这种态度转变的原因。文章将从理论、实践和一些意想不到的问题来对SCC技术进行探讨。比较并对比不同的SCC技术。比较SNCR技术与SCC技术结合和SNCR技术单独作用的效果。最后将讨论在欧洲的某个水泥厂中已经商业论证了的选择性非催化还原技术（SCR）的可行性，因为当原料中出现硫和氨的时候，SCR技术可以替代SNCR技术。评价了NOx排放控制对于其他工业废气排放控制的协同作用与消极作用，并就如何利用协同作用，消除消极作用，提供了可行意见。

简介

极高的温度和氧化的氛围的要求使得水泥生产的每一个环节都会产生大量的NOx，幸运的是典型的分解炉（PH）和回转窑（C）都会采用一些降低NOx排放的措施。一个是间接燃烧技术，将由主燃烧器引入到窑炉烧成带的空气量降低到最低。另一个是将窑头附近的高温区域和回转窑中温区域的进行燃料分级。

在美国混合燃烧技术的创新抑制窑炉生成NOx并将额外NOx形成生成降至最低。这些都运用了分级燃烧技术的原理并属于SCC技术的一种。操作上的问题最终限制了SCC技术在减排上的作用。

欧洲的运营商通常选择SNCR技术满足越来越严格的条规。美国的议员普遍宣称SNCR技术和SCR技术无论在技术上，经济上还是环境效益上都是不可行的。但可视烟气排放的愈益严重和其可能造成的结果造成严重的恐慌。他们只有非常不情愿地提议将这两种技术作为最可行控制技术（BACT）。

由于议员提议SNCR技术并协商达成相关的许可条约来满足国家环境机构要求的BACT NO_x 排放限制要求花费了大量的时间，所以密苏里州和纽约的大型项目都部分地延迟了。

最近，佛罗里达州受理了三个水泥公司建设新型水泥窑炉的申请。三个公司都计划采用SNCR技术来达到比其他州的项目更低的NO_x排放限制。其中两个公司对相同的现存的窑炉执行测试来保证SNCR技术能够在它们的设备中不引起操作问题并高度透明化地进行运用。2005年3月，一个公司在它现存的窑炉上永久地安装了SNCR装置，即使运用SCC技术也能达到它的NO_x排放限制。

这篇文章研究了SCC技术的优势和它的局限性，SNCR测试的初步结果以及选择SNCR技术的原因并与之前关于这项技术的一些忧虑进行对照。文章同样考察了新的有关事项，比如在成功的试验性测试之后州的机构会要求研究SCR技术，以及随后的在一家德国水泥厂进行的工业安装。

这篇评论不会试图去解释污染形成的所有原因，所有控制方式以及多元污染物排放控制方案间可能存在的协同与冲突。还有很多比本文提供更多信息的优秀参考文献，可以快捷地获取。

NO_x控制和内部燃料和外部生料的硫的循环之间的相互作用是不容低估的。因此必然会涉及到硫的循环和转换，二氧化硫（SO₂）的控制以及对一氧化碳（CO）和全部碳氢化合物（THC）的少量延伸。

全球快速发展的这段时期需要大量的水泥，以至于在一些关键的市场出现水泥短缺，所以宣传这项技术的地位是十分重要的，这样一来监管机构和议员就会站在同一立场。这将会加快其运行许可的下达，保护环境并保证一个良好的水泥产业能满足美国的供给需求，以面对国际市场对水泥预期的和意想不到的需求激增。

分级燃烧技术（SCC）

SCC技术运用的实例

图1是是一种典型的设计了SCC技术的分解炉/回转窑（PH/C）。

图1.萨旺尼美国水泥厂和带有燃烧室的PH/C 示意图

示意图展示的是位于佛罗里达州布兰福德的Suwannee American Cement (SAC)运用的空气分级燃烧的实例。竖直的分解炉位于用来燃烧如石油焦等难燃燃料的分离的燃烧室。在这种情况下它是用来在还原气氛下燃烧分解炉燃料（煤），从而抑制窑炉废气中NO_x生成，就如下面描述的那样。SAC的窑炉是Polysiu生产的。还有一种类似的分解炉是Technip CLE推进的Minox低NO_x分解炉。

图2是位于佛罗里达州纽贝里的Florida Rock Industries (FRI)水泥厂。它拥有一台Polysius多级燃烧（MSC）在线分解炉。这种煅烧炉不是在分离燃烧室，而是卧式嵌入，设备包括一个位于窑口壳体的小型燃烧器。这种SCC技术是空气-燃料分级燃烧运用的一个例子。FRI燃烧废旧轮胎，不采用窑尾燃烧器。

图2. Florida Rock Industries PH/C Kiln和空气-燃料分级SCC

图3是位于佛罗里达州梅德利的Titan America Pennsuco Kiln No. 5的低NO_x在线分解炉。所有的燃料在窑尾处还原气氛中燃烧，三次风全部从分解炉底部通入。由于缺乏一个更好的定义，F.L. Smidth的这项设计被称为按顺序的燃料-空气的引入。

图3. Titan America PH/C Kiln和按顺序引入燃料-空气的分解窑

三次风管在图片中清晰可见，它通入分解炉的地点在示意图中已经指出了。另一个没有明确表示的特点就是生料是从分解炉的不同部位进入的。在示意图中可以看到三个进料口。高效的SCC技术通常包括生料分级，这其中有很多原因。其中最重要的原因是利用预热器内对窑炉内生成的NO进行催化增强解离。另一个重要的原因就是作为一项控温措施。

SCC NO_x减排技术

窑炉废气中包含了余量的空气，气体温度略低于水泥的烧成温度，但比生料的煅烧温度高得多。

化学反应式1.石灰石的煅烧温度为大约900℃，通过下面的吸热反应生成CO₂和CaO：

CaCO₃ → CaO CO₂

这个反应会快速地冷却窑炉废气。分解炉燃烧器和三次风将补充热量来维持反应。这就限制了废气进入的温度，离开分解炉的温度会低于900℃。分解炉内的氧化过程将如下所示。

化学反应式2.如挥发性煤这种燃料加热后会热解生成碳氢化合物原子团。这些原子团在催化条件下会依次与NO反应生成氢氰酸：

CHi* NO → HCN .....

这里：i=1，2，3

化学反应式3.高温分解过程中产生了NH_x基团，在还原和有生料的条件下，它们与NO进行下面的催化反应：

NHi * NO → N ₂ .....

这种机制通过燃料氮分解抑制了NO的生成，并通过氮与NO_x反应，这种方式第一眼看过去与SNCR和SCR很像。

另一些反应包括CO和H2都会与NOx发生催化还原反应。在之后的烟煤和炭的燃烧过程中，减少NO_x的反应反应速率会变得十分缓慢，燃料中残留的氮会生成额外的NO_x。

化学方程式2原引处表述：“温度要保持在925~1050℃之间，或者再不会造成窑立管和还原带结皮的情况下，温度尽可能的高。”化学方程式3原引处表述：“要使还原势最大化，在还原带温度应该尽可能保持在高温hellip;hellip;.还原气氛是从温度高达1150℃或更高的窑口壳体处开始的。”

如上的阐述不能完全说明SCC技术（或者MSC技术，或者低NO_x分解窑技术）。但我们能够了解的是SCC需要在高温条件下还原气氛中，与生料进行催化反应。因此SCC NO_x减排技术需要阐明并且达到它能够实施操作的条件。

SCC和内部硫循环间的相互作用

在回转窑主燃烧器燃料燃烧形成的SO₂能够被有效的消除，通过与窑炉中的碱性物质(Na和K)或者CaO反应形成稳定的硫酸化合物从而被固定在熟料中。

化学反应式4.回转窑生成的SO₂抵达分解炉后，所有燃料燃烧生成的SO₂在分解炉的温度下被完全清除：

CaO SO₂ harr; CaSO₃ or CaO SO₂ 0.5O₂ harr; CaSO₄

在1045℃及一般氧气过剩的情况下，CaSO₄的生成与分解会达到化学平衡。在更高的温度下，CaSO₄会有分解的趋势。原料在回转窑高温制度的移动过程中，CaSO₄按上述反应逆反应逐渐分解并释放SO₂，或者与碱金属硫酸盐或其他物质反应熔融稳定的化合物伴随熟料一起排出。

在回转窑和分解炉的内部循环中形成了SO₂的聚集与流动。其中一项关键设计和操作目的就是对这个循环进行操控，防止固态的硫化物形成结皮与阻塞。NO_x减排率通过分级燃烧技术一般可以达到50%。然而这个过程的关键就是伴随这种还原条件作用下的高度循环的硫-碱系统，这种作用将会被结皮严重影响。

如果系统中的碱不足以来平衡硫，SO₂的再循环会更加严重。下列图片中的示意图和显微照片来自Taiyeho水泥报告，图片描述了结皮在这种环境下形成的过程，即使分解炉中并没有这种还原条件。第三张图来自于佛罗里达州的一家水泥厂窑口。还原条件并不是增加SO₂排放的必要条件，但窑口，上升管道和旋风筒处的硫酸盐沉积物会引起很大的工艺问题。窑口附近的高温制度会促进NO_x的减排，但也会按照上述过程释放SO₂或者烧结形成结皮。它同样会在高级旋风筒和低级旋风筒处形成结皮或者更加恶化。

图4.窑口处结皮的形成和显微照片；几乎堵塞的窑口

总的来说佛罗里达州的原料中碱、硫的含量较低。但煤中的硫会很容易打破这两种物质的平衡。SAC和FRI能通过空气炮和卡尔道克斯爆破筒来清理结皮造成的堵塞。

Florida Kilns运用的SCC NO_x减排

FRI回转窑制定了BACT NO_x排放限制，为2.45 lb/t每30天滚动平均值。在图5中总结了2004年上半年的数据。当废旧轮胎在窑口处进行燃烧时，FRI的NO_x排放量在1.5 ~2.5 lb/t之间。假定基础排放量为3.5 lb/t，则在还原气氛中SCC的NO_x减排效率为30%~60%。对于FRI，当废旧轮胎不够时，可观察到基础排放量为3 lb/t。这期间，分解炉保持还原条件，但窑口附近的并没有高温的还原带。当其他因素相同时，排放量会更少。

SAC窑制定了BACT NO_x排放限制，为2.9 lb/t每24小时滚动平均值。与FRI的运转相比，SAC的回转窑并没有在窑口处燃烧燃料虽然在这里安装了燃烧器。因此SAC的SCC是在分解炉中实现还原气氛，而不是在窑口附近的高温还原带。在这种方案下，NO_x排放量为2.2 ~2.6 lb/t。假定基础排放量为3.5 lb/t，这种SCC的减

剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

资料编号：[150589]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word