1、⽔泥窑炉系统NOX形成机理⼤致介绍
1.1NOX的⽣成机理
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. 1.2热⼒型NOX：由于是燃烧反应的⾼温使得空⽓中的N2与O2直接反应⽽产⽣的，以煤为主要燃料的系统中，热⼒型NOX为辅。
Ø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。
Ø 热⼒型NOX产⽣过程是强的吸热反应，温度成为热⼒型NOX⽣成最显著影响因素。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⽣成速度每100K约增加6-7倍。
tsf过载保护Ø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NO2,⼀般废⽓中NO2占NOX的5-10%，排⼊⼤⽓中NO最终⽣成NO2，所以在计算环境影响量时，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来保证燃料的燃烧，降低⽕焰的最⾼温度。这些都是有效降低热⼒型NOX的有效办法。 Ø 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。利⽤空⽓时，O2含量增加，过剩空⽓系数增加，并带⼊更多吸热的N2，降低⽕焰温度。NOX⽣成量因温度降低反⽽有所降低。
Ø 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特别是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。
1.3燃料型NOX：由燃料中N反应⽽⽣成，以煤为主要燃料的系统中，燃料型NOX约占60%以上。
Ø 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%。
Ø 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，⼀般地煤挥发份N转为NO的⽐例约10%。
Ø 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。
Ø 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
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
Ø 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。充电器外壳
温度
Ø 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，与温度相关性越差。
氧含量
Ø 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。
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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。
Ø 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，控制合适煤粉细度可依据窑况和NOX⽣成量综合考虑。
Ø 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。联络柜
1.3瞬时型NOX：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。可以不作重点关注。
2、现有低氮燃烧技术⼤致介绍
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。
防暴叉2.1、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控制⽅式主要有以下⼏类。
Ø 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。
Ø 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。
Ø 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、湿法脱硝、⽣物脱硝等。
2.2低氮燃烧技术
低氮燃烧技术主要是对应NOX的两种⽣成机理，从降低燃烧温度、窑炉内温度来减少NOX⽣成，改变煤粉着⽕区域和燃烧区域的⽓氛来达到抑制NOX的⽣成或促进NOX向N2转变。
低氮燃烧技术只发⽣初期投资⽽没有运⾏费⽤，是⼀种较经济的控制NOX的⽅法。通过采⽤炉内低NOX燃烧技术，能将NOX排放浓度降低20-30%。各种炉内低NOX燃烧技术均涉及窑炉燃烧的安全和效率问题，其存在⼀定局限性，多种
将NOX排放浓度降低20-30%。各种炉内低NOX燃烧技术均涉及窑炉燃烧的安全和效率问题，其存在⼀定局限性，多种技术组合使⽤后NOX⽣成降低率可以达到20-40%。
2.3低氮型燃烧器
回转窑中的热⼒型NOX主要是由窑头燃烧产⽣的，相关资料显⽰，窑头燃烧排放的氮氧化物主要是NO，约占95%。提⾼⼀次风喷出速度，提⾼⼀次风喷出动量，降低⼀次风⽤量，可以显著降低回转窑中NOX的⽣成量。设计特殊燃烧器内部结构，改变风煤⽐例，产⽣燃料着⽕区有类似空⽓分级、燃料分极法的效果，在保证煤粉着⽕燃烧的同时，可有效地抑制NOX的⽣成。⼤体上都在宣传有20-30%的降低效果。低氮燃烧器为了达到降低NOX⽬的，⼀般都采⽤低温燃烧或低氧燃烧技术，对燃料适应性相对较差，在⽬前⽔泥企业使⽤原煤质量趋向变差的情况下，对低氮燃烧器提出了更⾼的要求。
2.4分级燃烧技术
分级燃烧技术是将煤、燃烧空⽓及⽣料分别引⼊，以尽量减少NOX⽣成和尽可能将NOX还原成N2的技术。
空⽓分级燃烧技术是将燃烧所需的空⽓分级送⼊炉内，使燃烧在炉内分级分段燃烧。燃烧区域的氧浓度对各种类型的NOX⽣成都有很⼤影响。当过剩空⽓系数a<1时，燃烧区处于贫氧燃烧状态，抑制NOX⽣成有明显效果。分解炉内空⽓分级燃烧⼀般是将三次风分为两部分送⼊分解炉，主三次风占总三次风量的70-90%，燃尽风则占10-30%。炉内煤的燃烧分为三个区域，即热解区、贫氧区、富氧区。在贫氧区，煤在缺氧条件下燃烧，燃烧速度和燃烧温度降低，抑制了燃料型NOX的⽣成。同时，燃烧⽣成的CO和NOX进⾏还原反应，以及燃料中氮分解出的中间产物如NH、CN、HCN、NHX等相互作⽤，或与NOX还原分解，抑制NOX⽣成。在富氧区，保证煤燃烧充分。空⽓分级燃烧技术使⽤好的关键是：控制好贫氧区温度和主三次风量，不使煤不完全燃烧损失过分增⼤，避免因还原性⽓氛导致的结⽪和结渣影响系统正常运⾏，要充分考虑炉容或者煤在炉内燃烧时间够不够。
燃料分级技术是把燃烧分成两股或多股，创造三个燃烧区域：富氧区域、缺氧区域、燃尽区域。在富氧区域，供⼊分解炉⽤煤的70-90%，此处空⽓过剩系数a约1.2，NOX⽣成。在缺氧区供⼊10-30%的分解炉⽤煤量，此处空⽓过剩系数a 约0.8-0.9，形成很强的还原⽓氛，将富氧区形成的NOX还原成N2。燃尽区再供⼊部分三次风，在正常过剩空⽓系数a约1.1条件下，使产⽣的CO和飞灰中的碳燃烧完全。
⽔泥窑的燃料分级燃烧技术还有，在窑尾烟室和分解炉之间建⽴还原燃烧区域，将炉⽤煤分⼀部分供⼊此区域，在缺氧燃烧条件下产⽣CO、H2、HCN和固定碳等还原剂，与窑内来的烟⽓中的NOX发⽣
反应，将NOX还原成N2。同时，煤粉在缺氧条件下，也相应地抑制了其⾃⾝燃料型NOX的产⽣。
3 低氮燃烧技术的效果
低氮燃烧器，对氮氧化物的降低约在15-30%
空⽓分级燃烧技术，对氮氧化物的降低约在20%
燃料分级燃烧技术，对氮氧化物的降低约在20-30%
但并不是简单的叠加效果，还没有很有说服⼒的实例，证明上述技术措施同时采⽤时，其NOX排放浓度会降低50-60%，⼀般是20-40%。
4 改变燃料物化性能
不同性能、不同细度的煤粉在炉内⽣成NOX量有较⼤变化。分解炉内使⽤⽆烟煤较烟煤NOX⽣成量约提⾼
300mg/Nm3。有⼀种说法，在分解炉内使⽤⾼挥发份的褐煤替代难燃的煤时，NOX⽣成量会显著地降低，这可能与分级燃烧技术有相同的原理。
同样地，较细的煤粉可以在燃烧区域内出现与分级燃烧相似的现象，挥发份和固定碳可以在⽕焰不同区域燃烧。
5 提⾼⽣料易烧性
具备条件时，在不影响产质量情况下，有意识地调整熟料配料⽅案，不过分地追求KH值，适当地降低⽣料细度，选择易烧性好的原料，甚⾄加⼊矿化剂等，有效地提⾼⽣料易烧性，为可以有效地降低窑内烧成温度，也是降低窑内热⼒型NOX⽣成量的⼀个办法。⼀般有降低NOX⽣成量5-10%的效果。
NOX⽣成量的⼀个办法。⼀般有降低NOX⽣成量5-10%的效果。翻罐笼
6、新型⼲法⽔泥应对脱硝的相应措施
新型⼲法⽔泥，在回转窑内，窑头燃烧器产⽣⽕焰，其⽕焰温度⼀般要求1700℃以上，窑内物料烧成带温度要控制在1350-1450℃以上，窑内过渡带⾄窑尾⽓相温度⼀般在1000℃以上。分解炉内，⼀般控制在850℃以上，部分区域可达1000℃。可见，⽔泥熟料烧成系统中，窑头及窑内产⽣的NOX以热⼒型和燃料型为主，分解炉内以燃料型为主。
Ø ⽔泥窑NOX的控制和减排可采取的措施有以下⼏点:
1.选取合适的原材料和熟料配料⽅案，使⽤矿化剂，在保证熟料质量前提下尽可能地降低烧成温度，给NOX的⽣产控制创造温度条件。
2.在具备条件的区域，使⽤优质低氮燃料。
3.控制适当的煤粉细度来降低NOX的⽣成量。
4.优化操作，控制系统的漏风量、降低系统热耗，从总量上降低NOX。
5.使⽤合适的低氮型燃烧器
6.设计或改造分解炉结构和炉容，保证燃料充分燃烧同时，控制合理温度场。
7.采⽤分级燃烧技术。
8.投⼊SNCR和或SCR技术的脱硝系统。
Ø ⽔泥⾏业脱硝技术如⽕如荼。出现的观点也⽐较多，有观点认为只有上SNCR和或SCR才能根本地解决⽔泥⾏业的脱硝问题。相应地⽔泥⾏业脱硝是为了完成环境排放要求⽽增加的⼀种新投⼊和新成本。实际上投⼊和使⽤低氮燃烧技术，不仅可以有效地降低NOX的⽣成量，直接达到⽔泥⾏业将执⾏
的新排放标准要求，即使在排放要求较⾼地区，也是⼤幅降低脱硝成本的可靠措施。低氧燃烧技术与⽔泥⼚⼯艺⽣产管理并⾏不悖，其降低NOX⽣成量的⼤多数措施与⽔泥⼯艺⽣产管理要求是⼀致的，是稳定产质量、降低煤耗、电耗等能耗的必然措施。
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