工程技术分会贾华平副会长应约浅谈水泥生产的脱硝问题，以下为正文：
目前，SNCR脱硝措施已经在水泥行业得到强制推广，但大家用的怎么样，笔者没有做调查，也就没有发言权。这里只讲一个真实的故事，说明并不是都用得很好：有一次我在山东开会期间拜访了一家水泥厂，到中控室一看，他们在线监测的NOx排放量只有280mg/m3，氨水使用量只有150kg/h。我问“检测系统有问题吗？”回答是没有问题，我说“你把氨水停了我看看”，操作员把氨水停了，NOx排放量反而降到了138mg/m3 ？！我问“怎么解释”？大家默然。当然，这只是个别现象。
抛开使用情况不说，就单从脱硝能力和投资上来讲，似乎SNCR脱硝是一种比较适中的选择。但遗憾的是SNCR脱硝，不仅能力有限而且副作用较大，作为水泥窑脱硝来讲，仍然是一种不成熟的过度方案而已。事实上，SNCR脱硝要发挥出最佳的效果，在技术有两个难点，一是如何保证喷嘴始终处于温度窗口内，二是如何保证所有NOx与NH3有一定时间的充分接触。要解决好这两个难题，实际上是几乎不可能的。
SNCR脱硝时，氨水消耗量巨大，一条5000t/d熟料线，每小时就需要用25%的氨水约2.8吨。因为有2800kg/h的氨水入炉，分解炉在用煤、用风上也要做必要的调整，熟料热耗也将直接增加约25kcal/kg熟料，预热器废气量同时也需增加约6000m3/h，排风机电耗也会增加约20kW/h。
SNCR脱硝的不足在于大量使用氨水，搞不好会出现转嫁环境污染的行为。合成氨本身就是高污染产业，这种拆东墙补西墙的做法不一定明智；采用SNCR脱硝，氨逃逸在所难免，根据国家脱硫、脱硝工程技术研究中心的数据显示，SNCR脱硝氨逃逸率可达到10～15ppm。在解决水泥窑一种污染的同时，又造成了水泥窑的另一种污染。
SNCR只能作为一项过度措施，暂时满足现阶段的环保要求。随着环保要求的提高，单独依靠SNCR并不能稳定、可靠地实现减排目标，最终将采用燃烧工艺优化、分级燃烧等技术初步降低NOx浓度，再采用SCR技术进一步脱硝，才是切实可行的方案。
第一章NOX的生成、分布、治理
窑炉内产生的NOX主要有三种形式，高温下N2与O2反应生成的热力型NOX、燃料中的固定氮生成的燃料型NOX、低温火焰下由于含碳自由基的存在生成的瞬时型NOX。
1，热力型NOX的生成机理
热力型NOX是由燃烧反应的高温，使得空气中的N2与O2直接反应产生的。在以煤为主要燃料的系统中，热力型NOX不是最主要的。一般燃烧过程中N2的含量变化不大，根据泽里多维奇机理，影响热力型NOX生成量的主要因素有温度、氧含量、和反应时间。
热力型NOX产生过程是强吸热反应，温度成为热力型NOX生成最主要的影响因素。研究显示，温度在1500K以下时，NO生成速度很小，几乎不生成热力型NO；1800K以下时，NO生成量极少；大于1800K时，NO生成将以约6～7倍/100K倍的速度增加。
一般废气中NO2占NOX的5%～10%。温度在1500K以上时，NO2会快速分解为NO；在小于1500K时，NO将转变为NO2。排入大气中NO最终生成NO2，所以在计算环境影响量时，我们还是以NO2来计算。
可以说，窑炉内的温度及燃烧火焰的最高温度是影响热力型NOX生成量的一个重要指标，也最终决定了热力型NOX的最大生成量。因此，在窑炉设计中，尽量降低窑炉内的温度，并减少可能产生的高温区域，特别是流场变化等原因而产生的局部高温区。燃烧器设计中，要具备相对均匀的燃烧区域，以保证燃料的燃烧，为降低火焰的温度峰值创造条件。这些都是有效降低热力型NOX的有效办法。
热力型NOX生成量与氧浓度的平方根成正比，氧含量也是影响热力型NOX生成量的重要指标。随O2浓度增加和空气预热温度的增加，NOX生成量上升，但会有一个最大值，O2浓度过高时，过量氧对火焰有冷却作用。当利用空气燃烧时，O2含量增加意味着过剩空气系数增大，将带入更多吸热的N2，由此降低了火焰温度，NOX生成量因温度降低反而会有所降低。
反应时间也是一个重要指标，热力型NOX生成是个缓慢过程，在高温区域，反应时间与NOX生成量呈线性关系。窑炉设计中，尽可能地减少燃料和介质在高温区域的停留时间，特别是在高氧含量高温区域的停留时间，可有效降低热力型NOX的生成。在窑炉已成型时，在高温区域形成局部低氧或缺氧环境，在低温区域增氧，在保证燃烧充分条件下，也可有效降低热力型NOX的生成。
2，燃料型NOX的生成机理
燃料型NOX是由燃料中N反应而生成。在以煤为主要燃料的系统中，燃料型NOX约占60%以上。燃料型NOX主要在燃料燃烧初始阶段形成，主要是含氮有机化合物热解产生的中间产物N、CN、HCN等被氧化生成NOX。燃料型NOX较热力型更易于生成。煤的氮含量约0.5%～2.5%。
当煤热解脱去挥发份时，煤挥发份中的N，其一部分以胺类（RNH、NH3）、和氰类（RCN、HCN）等形式随挥发份析出。挥发份中N占煤中N的比例随煤种和热解温度不同而不同，其最主要的化合物是HCN和NH3。在1800K高温下，一般煤挥发份N转为NO的比例约10%。
HCN遇氧后生成NCO，继续氧化则生成NO。如被还原则生成NH，最终生成N2。已经生成的NO，在还原气氛下也可被NH还原为N2。NH3在氧化气氛中会被依次氧化成NH2、NH，甚至被直接氧化成NO。在还原气氛中，NH3也可以将NO还原成N2。NH3可以是NO的生成源，也可以是NO的还原剂。
可见，挥发份N燃烧时，在氧化气氛特别是在强氧化气氛下，其倾向于向NO转化，在强还原气氛下，其倾向于向N2转化。
在实际生产中，燃烧过程大多数是在氧化气氛中进行的。由于反应和燃烧流场的复杂性，挥发份N不可能全部转化为NO。即使在强还原气氛中，也不可能全部转化为N2，取决于反应温度、氧含量、反应时间以及煤的特性。
焦碳N在燃烧时也可能生成NOX，一般占燃料型NOX的20%～40%。有认为焦碳N可直接在焦碳表面生成NOX。或者和挥发份N一样，以HCN和CN途径生成NO。研究表明，焦碳N转变为NOX是在火焰尾部焦碳燃烧区生成的，这一部位的氧含量比主燃烧区低，而且焦碳颗粒因温度较高发生熔结，使孔隙闭合，反应比表面积减少，相对挥发份N来说生成NOX量少些。即使在较强氧化气氛下，也会存在焦碳颗粒周围形成局部还原区域，同时碳和煤灰中的CaO催化还原NOX，限制了焦碳N转化为NOX。
影响燃料型NOX生成因素较多，与温度、氧含量、反应时间，及煤粉的物理和化学特性有关。
温度的升高对燃料型NOX生成量有促进作用。在1200℃以下时，其随温度升高显著增加；温度在1200℃以上时，增速平缓。对于燃料型NOX，燃料中N越高、氧浓度越高、反应停留时间越长，NOX生成量越大，而与温度相关性越差。
氧含量的增加，可以形成或强化窑炉内燃烧的氧化气氛，增加氧的供给，促进燃料中N向NOX的转化。燃料型NOX随过剩空气系数的降低而降低，在a＜1时，NOX生成量急剧降低。在氧含量不足时，氧被燃料中的可燃成分消耗尽，破坏了氮与氧反应的物质条件。在a＞1.1时，热力型NOX含量下降，燃料型NOX仍上升。
燃料型NOX与煤的热解产物和火焰中氧浓度密切相关，如果在主燃烧区延迟煤粉与氧气的混合，造成燃烧中心缺氧，可使绝大部分挥发份氮和部分焦碳N转化为N2。
不同种类的煤，挥发份含量、氮含量等差异较大。通常挥发份和氮含量高的煤种生成NOX较多。煤粉细度较细时，挥发份析出速度快，燃烧速度快，加快了煤粉表面的耗氧速度，使煤粉颗粒局部表面易形成还原气氛，产生抑制NOX生成的作用。煤粉细度较粗时，挥发份析出慢，也会减少NOX的生成量。特别是对劣质煤或是着火点较高的煤，这种情况会更明显，控制合适的煤粉细度可依据窑况和NOX生成量综合考虑。
煤挥发份中氧氮比越大，NOX转化率越高。相同氧氮比条件下，过剩空气系数越大，NOX转化率越大。
3，瞬时型NOX的生成机理
瞬时型NOX是在燃烧反应的过程中，空气中的N2与燃料过程中的部分中间产物反应而产生的。以煤为主要燃料的系统中，瞬时型NOX生成量很少。在此，我们不作为重点关注。
4，NOX在窑系统上的分布
氮氧化物在水泥熟料生产线上的分布情况如图21-01所示。由图21-01可见，尽管窑炉内产生的NOX有几种形式，但都是在提高温度的过程中形成的。水泥窑的升温依赖于煤粉燃烧，所以在工艺流程上形成NOX的部位处于窑头和分解炉的两个煤粉燃烧环节上。
氮氧化物在水泥熟料生产线上的分布
由于NOX的形成与温度有很强的相关性，窑头的火焰温度达1600℃左右，是整个熟料烧成过程中的峰值区，所以窑头是水泥窑NOX的主要来源，且以热力型NOX为主。根据烧成工况的不同（主要是温度峰值的大小与波动），形成量约在800ppm～1500ppm之间，是关键的“预防为主”部位。
就分解炉来讲，温度分布在800℃～1100℃之间，比窑头要低得多，形成的NOX主要为燃料型，控制其形成的效果有限；但由于分解炉下部及后窑口存在一定的还原区，能起到一定的还原NOX功能，所以在分解炉燃烧后废气的NOX总量在400ppm～900ppm之间，反而比后窑口还低。而且可以通过分步给煤等措施，人为地强化其还原功能，是重要的“治疗为辅”部位。
5，治理的功能说与阶段说
水泥窑烟气中NOX的控制相对是一个非常复杂的问题，需要强调的是，降低NOX的排放必须是在保证水泥窑正常生产的前提下进行。
水泥窑烟气中NOX的产生主要来源于燃烧，根据其燃烧过程的特点和燃料的生命周期，目前所掌握的NOX控制方式按功能主要有以下几类：
（1）针对NOX主要来自燃料本身，对燃烧进行脱氮处理或者选择含N低的燃料、使用低N的替代燃料，以降低燃料型NOX的生成，不可避免地成为一种选项。在燃料来源具备条件的区域，部分水泥厂采用此种方式也不失为一个办法。
（2）低氮燃烧技术是通过改变燃烧条件来控制燃烧关键参数，以抑制NOX生成或破坏已生成的NOX为目的，从而减少NOX排放的技术。其主要方式有：采用低NOX燃烧器、空气/燃料分级燃烧技术、改变燃料物化性能技术、改变生料易烧性等方面。
（3）针对烟气的脱硝技术，主要是根据NOX具有的还原、氧化和吸附等特性开发出的一项技术。主要有比较成熟的SNCR和SCR法，以及湿法脱硝、生物脱硝等。
虽然目前国内外水泥窑可采取的脱硝措施有多种，但如果按照在水泥窑工艺上切入的节点，我们也可将已经使用的脱硝措施，大致按阶段分为源头治理、中间治理、末端治理三个阶段。
水泥窑脱硝措施在工艺上的切入节点，如图。
泥窑脱硝措施在工艺上的切入节点
(1)从源头治理，利用低氮燃烧和分段燃烧等技术减少NOx生成，虽然脱硝能力有限，但投资较少，而且对熟料生产也有利；
(2)从末端治理，采用SCR脱硝技术减少烟气中NOx排放量，虽然脱硝效果较好，但占用空间大、投资大，改造的难度很大，在国外用的也很少；
(3)从中间治理，采用SNCR脱硝技术减少烟气中NOx排放量，脱硝能力、改造投资和难度比较适中，也是国外采用的主要技术。
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