氮氧化物（NOx）是主要的大氣污染物之一，燃燒產(chǎn)生的NOx中絕大部分是NO，其毒性不大，但是NO在大氣中可以氧化生成NO₂，其毒性是NO的4～5倍，當(dāng)含量達(dá)到150×10-6時(shí)，會(huì)對(duì)人體器官產(chǎn)生強(qiáng)烈的刺激作用。此外，NOx排放到大氣中將形成光化學(xué)煙霧，破壞臭氧層和造成溫室效應(yīng)，對(duì)氣候產(chǎn)生影響；氮氧化物形成酸雨沉降到江河湖泊中容易造成水體富營(yíng)養(yǎng)化，直接促進(jìn)藻類(lèi)等有害物質(zhì)的生長(zhǎng)，威脅飲用水安全。在特定的地理位置，當(dāng)遇逆溫或不利擴(kuò)散的氣象條件時(shí)，光化學(xué)煙霧便會(huì)集聚不散，使區(qū)域空氣質(zhì)量退化，大氣能見(jiàn)度降低，太陽(yáng)輻射減少，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)造成損害，并會(huì)產(chǎn)生頭痛、呼吸道疾病惡化，嚴(yán)重的會(huì)造成死亡。由于大氣的氧化性，NOx在大氣中可形成硝酸（HNO₃）和硝酸鹽細(xì)顆粒物，同硫酸（H₂SO₄）和硫酸鹽顆粒物一起，加速了區(qū)域性酸雨的惡化。因此，氮氧化物的治理勢(shì)在必行，建材工業(yè)在氮氧化物的治理上能發(fā)揮很大作用。

　　2008年，我國(guó)氮氧化物排放量已達(dá)到1624.5萬(wàn)噸，其中，工業(yè)氮氧化物排放占總氮氧化物排放量的77%?！耙晃濉逼陂g氮氧化物排放的快速增長(zhǎng)部分抵消了我國(guó)在二氧化硫減排方面所付出的巨大努力，監(jiān)測(cè)表明我國(guó)酸雨正由硫酸型向硝酸型轉(zhuǎn)變。此外，氮氧化物的跨國(guó)界“長(zhǎng)距離輸送”使這一問(wèn)題開(kāi)始引起國(guó)際社會(huì)的關(guān)注，增加了我國(guó)控制氮氧化物排放的國(guó)際壓力。“十二五”規(guī)劃已明確將氮氧化物列入新增約束性指標(biāo)，計(jì)劃到2015年，重點(diǎn)行業(yè)和重點(diǎn)地區(qū)氮氧化物排放總量比2010年減少10%。

　　建材工業(yè)是中國(guó)重要的基礎(chǔ)原材料工業(yè)。主要建材產(chǎn)品有水泥、平板玻璃、建筑衛(wèi)生陶瓷、石材和墻體材料等。其中水泥使用量大、質(zhì)優(yōu)、價(jià)廉，是現(xiàn)代社會(huì)不可或缺的大宗產(chǎn)品，被稱(chēng)為建筑的“糧食”。玻璃原料豐富，價(jià)格低廉，產(chǎn)品透明、堅(jiān)硬、耐蝕、光電學(xué)性質(zhì)良好，是建筑、汽車(chē)、電子等下游產(chǎn)業(yè)的重要原料，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中有著不可替代的作用。近年來(lái)，我國(guó)水泥、玻璃工業(yè)取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，產(chǎn)量位居世界第一。2010年，生產(chǎn)水泥18.7億噸，同比增長(zhǎng)15.5%；生產(chǎn)平板玻璃產(chǎn)量6.3億重量箱，同比增長(zhǎng)10.9%。

　　水泥煅燒過(guò)程產(chǎn)生大量NOx污染物，排放濃度在300mg/Nm³~2200mg/Nm³，每噸熟料約產(chǎn)生1.5kg~1.8kg氮氧化物。2010年全國(guó)水泥排放NOx約200萬(wàn)噸，占全國(guó)工業(yè)NOx排放總量的10%。NOx的減排問(wèn)題將成為水泥工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的制約因素。玻璃生產(chǎn)氮氧化物排放濃度在1800mg/Nm³~2870mg/Nm³，每噸玻璃液約產(chǎn)生1.7kg~7.4kg氮氧化物?！笆濉币?guī)劃將氮氧化物列入總量控制指標(biāo)，水泥、玻璃工業(yè)氮氧化物治理刻不容緩。目前，國(guó)內(nèi)脫硝技術(shù)研究尚處于起步階段，脫硝應(yīng)用多集中在大型燃煤電廠。江蘇科行集團(tuán)作為建材環(huán)保裝備創(chuàng)新型制造企業(yè)，致力于發(fā)展水泥、玻璃行業(yè)煙氣脫硝技術(shù)，在非電力行業(yè)取得了顯著成績(jī)。

　　水泥窯氮氧化物控制技術(shù)

　　水泥生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生氮氧化物的途徑主要有4種：第一種熱力NOx，是燃料在1400℃以上燃燒時(shí)產(chǎn)生的；第二種快速NOx，是在有碳?xì)涓嬖跁r(shí)，于火焰前端瞬間形成的NOx，一般這種瞬間NO生成量的比例很??；第三種燃料NOx，它是由燃料中所含的化學(xué)接合氮所產(chǎn)生的。第四種生料NOx，由窯喂料中含氮的化合物分解后而形成的NOx。在煙氣中NO2一般僅占NO+NO2總量的5%以下，NO則占總量的95%以上。

　　水泥工業(yè)NOx的排放標(biāo)準(zhǔn)、實(shí)際排放數(shù)量國(guó)內(nèi)和國(guó)外的標(biāo)準(zhǔn)、法規(guī)對(duì)水泥工業(yè)NOx排放的限定指標(biāo)見(jiàn)表1。表中1mg/Nm³≈1.8cm³/Nm³。我國(guó)現(xiàn)行的水泥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB4915-2004）中規(guī)定氮氧化物的排放限值為800mg/Nm³，與歐盟、日本現(xiàn)行的氮氧化物排放標(biāo)準(zhǔn)相比較為寬松。我國(guó)是世界水泥生產(chǎn)大國(guó)，水泥產(chǎn)量占全球的50%以上，氮氧化物排放總量大，“十二五”環(huán)保規(guī)劃中，將氮氧化物納入總量控制指標(biāo)，計(jì)劃制定、修訂火電廠、鋼鐵、石油煉制、煉焦、水泥和鍋爐等約10項(xiàng)排放標(biāo)準(zhǔn)，水泥氮氧化物排放指標(biāo)將更加嚴(yán)格。

　　國(guó)外多采用低氮燃燒+SNCR技術(shù)控制水泥窯氮氧化物，水泥窯爐的燃燒溫度很高，因此，NOx排放濃度很大，一般在1000ppm以上，有效的低氮燃燒能將NOx濃度降低到500ppm左右，再加上SNCR基本就可以滿(mǎn)足氮氧化物排放要求。國(guó)外采用煙氣脫硝的水泥企業(yè)有90%采用SNCR脫硝法，但SNCR脫硝法在國(guó)內(nèi)水泥窯應(yīng)用幾乎是空白。由于SNCR技術(shù)成本較低，改造方便，適合協(xié)同應(yīng)用其他的的氮技術(shù)，特別適合發(fā)展中國(guó)家使用?？菩屑瘓F(tuán)在引進(jìn)吸收國(guó)外脫硝技術(shù)的基礎(chǔ)上，積極開(kāi)展水泥窯脫硝技術(shù)創(chuàng)新，成功研制了：水泥窯煙氣NOx控制工藝及其裝置（ZL200810144169.9）、大型水泥窯煙氣治理工藝及其裝置（ZL200810007184.9）、水泥窯煙氣NOx控制的聯(lián)合裝置（ZL200820130990.0）。適用水泥窯爐SNCR脫硝技術(shù)研發(fā)與示范將為我國(guó)水泥工業(yè)的NOx控制提供有力的技術(shù)支撐，對(duì)我國(guó)水泥工業(yè)的節(jié)能減排具有非?，F(xiàn)實(shí)的意義。

　　SNCR是選擇性非催化還原SelectiveNon-CatalyticReduction的英文縮寫(xiě)，此方法是在870℃～1150℃下，將氨還原劑(一般是氨或尿素)噴入煙氣中，選擇性地將NOx還原，生成氮?dú)夂退?。與SCR技術(shù)相比，SNCR技術(shù)利用爐內(nèi)的高溫驅(qū)動(dòng)氨與NOx的選擇性還原反應(yīng)，因此，不需要昂貴的催化劑和體積龐大的反應(yīng)器。SNCR技術(shù)以爐膛煙道為反應(yīng)器，改造簡(jiǎn)便，投資低廉，效率中等，是一種性?xún)r(jià)比較高的NOx控制技術(shù)。

　　在分解爐的中下部噴入氨水或尿素等溶液，使之與煙氣中的NOx化合，并將其還原成氮?dú)夂退?。這樣就可較大幅度地削減NOx的排放，削減效果達(dá)30%～85%，NOx排放濃度可降到200mg／Nm³～400mg／Nm³。氨水儲(chǔ)存罐的氨水經(jīng)過(guò)過(guò)濾器后，通過(guò)氨水添加泵送入分解爐，出添加泵的溶液經(jīng)過(guò)濾后進(jìn)入流量調(diào)節(jié)閥和流量計(jì)，經(jīng)計(jì)量的溶液進(jìn)入噴嘴，在噴嘴內(nèi)與壓縮空氣混合，霧化后噴入分解爐底部。

　　水泥預(yù)分解窯內(nèi)有較長(zhǎng)的煙氣停留時(shí)間（2s～3s）以及適宜的溫度區(qū)間（850℃～1150℃），新型干法水泥生產(chǎn)的工藝特點(diǎn)非常適合采用SNCR脫硝技術(shù)。在新型干法水泥回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)中，生料首先加入一系列懸浮預(yù)熱器，然后進(jìn)入分解爐，在其中大部分被分解。物料經(jīng)過(guò)預(yù)熱、分解，然后從窯尾加入回轉(zhuǎn)窯中，在窯內(nèi)進(jìn)行燒成，最終燒成的水泥熟料從窯頭卸入冷卻機(jī)。約45%煤粉從窯頭的燃燒器噴入，在回轉(zhuǎn)窯中高溫燃燒放熱，滿(mǎn)足熟料形成的各工藝帶需要。溫度較低的一次風(fēng)，從燃燒器各通道噴入，來(lái)自冷卻機(jī)的高溫二次風(fēng)從燃燒器與回轉(zhuǎn)窯之間的空腔中噴入，燃燒生成的煙氣經(jīng)窯尾煙室進(jìn)入分解爐。煤粉在回轉(zhuǎn)

　　窯及分解爐兩處燃燒，由于回轉(zhuǎn)窯內(nèi)溫度較高，會(huì)生成大量的熱力氮氧化物；分解爐中溫度較低，主要以燃料氮氧化物為主。[Page]

　　玻璃窯氮氧化物控制技術(shù)

　　玻璃熔爐中氮氧化物是由空氣燃燒和玻璃原料中少量硝酸鹽分解產(chǎn)生的。由于玻璃熔爐火焰溫度高達(dá)1650℃~2000℃，空氣中氮?dú)鈺?huì)與氧氣反應(yīng)生成大量NOx。此外，由于原料中含有硝酸鹽（一般為KNO3）在高溫下分解產(chǎn)生部分NOx。因此，平板玻璃煙氣中有大量的NOx排放，一般濃度高達(dá)2000mg/Nm3。據(jù)估算，1臺(tái)300t/d的平板玻璃熔爐NOx排放量相當(dāng)于1.8萬(wàn)~3.6萬(wàn)輛汽車(chē)的排放量，控制玻璃工業(yè)氮氧化物排放刻不容緩。

　　玻璃窯沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，參考執(zhí)行GB9078-1996《工業(yè)爐窯大氣污染物排標(biāo)準(zhǔn)》和GB16297-1996《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》中的相關(guān)規(guī)定。使污染物控制項(xiàng)目不明確，限制較寬松，不利于我國(guó)玻璃行業(yè)大氣污染物排放控制。隨著中國(guó)綠色環(huán)保經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，國(guó)家發(fā)改委已明確提出要控制平板玻璃的氮氧化物排放，《關(guān)于抑制部分行業(yè)產(chǎn)能過(guò)剩和重復(fù)建設(shè)，引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展若干意見(jiàn)》（國(guó)發(fā)【2009】38號(hào)文）中要求氮氧化物排放低于700mg/Nm3，并在《平板玻璃工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》征求意見(jiàn)稿中明確規(guī)定。

　　玻璃熔窯廢氣中的NOx治理措施大致可分為一次措施和二次措施：一次措施突出污染源控制，即在產(chǎn)生NOx的源頭上進(jìn)行嚴(yán)格控制，限制NOx的形成，主要的一次措施包括純氧助燃技術(shù)和改進(jìn)燃燒技術(shù)。二次措施是指對(duì)熔窯廢氣中已經(jīng)產(chǎn)生的NOx進(jìn)行處理，從而降低廢氣排放時(shí)的NOx濃度和NOx的排放量，主要的二次措施包括：SCR和SNCR脫硝技術(shù)。其中，SNCR技術(shù)脫硝效率低，難以滿(mǎn)足排放要求。采用SCR技術(shù)，脫硝效率可達(dá)70%～80%。

　　純氧助燃技術(shù)是指燃料燃燒時(shí)直接使用氧氣（>90%）助燃。純氧助燃的優(yōu)點(diǎn)在于節(jié)約能源（節(jié)能約30%左右），增加出料量（增加約25%左右），同時(shí)能大大削減粉塵和氮氧化物的排放。根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)。采用純氧助燃技術(shù)，熱氮氧化物排放量可降低70%～90%（取決于氧的純度），最終NOx排放能達(dá)到1～2kg/t玻璃的排放水平，與空氣助燃相比，可削減2/3的排放量。目前，純氧助燃熔爐尚未在平板玻璃工業(yè)界廣泛應(yīng)用，主要障礙在于：①對(duì)于不同規(guī)模的爐窯，節(jié)能潛力可能也不盡相同。例如：對(duì)于大型平板玻璃熔爐，節(jié)能潛力（5%～15%）不如中小型熔爐（30%～50%）；②投資較大；③爐窯對(duì)耐火材料要求高，這方面的技術(shù)問(wèn)題尚需要進(jìn)一步解決；④純氧來(lái)源問(wèn)題，目前沒(méi)有經(jīng)濟(jì)的純氧制備方法。

　　SCR脫硝技術(shù)是利用NH3與NO反應(yīng)的選擇性，在窯爐出口的管道上把煙氣（約350℃）引入SCR反應(yīng)器，在反應(yīng)器進(jìn)口管道上適合位置噴入還原劑液氨或氨水，在催化劑表面將富氧煙氣中的NOx還原成N₂和H₂O，其脫硝效率可以達(dá)到80%甚至90%以上。

　　4NO+4NH3+O₂→4N₂+6H₂O

　　4NH₃+2NO₂+O₂→3N₂+6H₂O

　　NO₂+NO+2NH₃→2N₂+3H₂O

　　SCR脫硝工藝裝置的主要組成部分包括1個(gè)裝催化劑的SCR反應(yīng)器、1個(gè)儲(chǔ)罐及1個(gè)還原劑注入系統(tǒng)。還原劑既可是無(wú)水液氨，也可是氨水溶液(通常重量濃度為25%)。當(dāng)采用氨水溶液時(shí)，通常將其通過(guò)位于導(dǎo)管或滑流的霧化噴嘴直接注入到煙氣通道中。采用液氨時(shí)，液氨要先通過(guò)蒸發(fā)器中的蒸汽、熱水被蒸發(fā)，蒸發(fā)的氨氣經(jīng)空氣稀釋?zhuān)ㄟ^(guò)注入系統(tǒng)被注入到煙氣中。注入系統(tǒng)由許多注射噴嘴組成，使氨和煙氣均勻分布。另一方面，在噴嘴數(shù)量較少的情況下，可以結(jié)合一個(gè)靜態(tài)的混合器一起使用。氨氣在煙氣內(nèi)的均勻分布對(duì)于實(shí)現(xiàn)NOx的有效還原、較低的氨逸出量以及由此達(dá)到催化劑的有效利用都十分重要。在NOx原程度很高時(shí)，氣流均勻分布相當(dāng)重要。

　　工程應(yīng)用

　　2010年9月，江蘇科行集團(tuán)與南玻集團(tuán)吳江公司成功簽訂煙氣除塵脫硝總包工程合同。這是我國(guó)建材行業(yè)第一個(gè)脫硝工程，必將成為建材行業(yè)的煙氣脫硝示范工程。

　　吳江南玻兩條日熔量分別為600t和900t的高檔浮法玻璃生產(chǎn)線(xiàn)煙氣脫硝項(xiàng)目，采用選擇性催化還原(SCR)脫硝法，將NOx的排放濃度由2200mg/Nm³降低到700mg/Nm³以下。煙氣條件（燃料為天然氣）見(jiàn)。

　　脫硝工藝流程如下：從浮法玻璃爐窯出來(lái)的高溫?zé)煔馐紫冗M(jìn)入余熱鍋爐進(jìn)行熱量回收，將煙氣溫度降低至320℃～350℃范圍內(nèi)；然后進(jìn)入三電場(chǎng)的高溫電除塵器，通過(guò)高溫電除塵器去除煙氣中夾帶的絕大部分灰塵，使煙氣中的粉塵含量降低至50mg/Nm³以下；高溫電除塵器收集的灰塵通過(guò)輸灰系統(tǒng)送出；經(jīng)除塵凈化后的煙氣進(jìn)入SCR反應(yīng)器；氨供應(yīng)系統(tǒng)制備的氣態(tài)氨經(jīng)氨/空氣混合器與稀釋空氣混合后，由AIG系統(tǒng)注入到SCR入口煙道中，通過(guò)選擇性催化還原反應(yīng)，將煙氣中的NOx轉(zhuǎn)化為N₂排出，從而脫除煙氣中的NOx，經(jīng)除塵脫硝后的潔凈煙氣進(jìn)入余熱鍋爐上部，再次利用余熱。同時(shí)在除塵器的入口和余熱鍋爐上設(shè)置了煙氣旁路閥門(mén)，從浮法玻璃爐窯出來(lái)的高溫?zé)煔?，可通過(guò)關(guān)閉除塵器入口閥門(mén)，打開(kāi)余熱鍋爐旁路閥門(mén)，直接通過(guò)余熱鍋爐及煙囪排放到大氣中去。