今年，生態環境部、工信部等下發了《關于推進實施水泥行業超低排放的意見》中要求，2025年底前重點區域50%，2028年底前重點區域80%的水泥熟料產能完成超低排放改造。各省出臺的改造實施方案，對時間節點、覆蓋企業均有加碼。生態環境部發布的《重點行業大氣污染防治績效分級及重污染天氣應急減排措施技術指南?水泥工業（征求意見稿）》中A級水泥企業的績效指標要求：水泥窯及窯尾余熱利用系統的PM、SO2、NOx排放濃度（基準含氧量10%）分別不高于10、35、50mg/m3，氨逃逸≤8mg/m3（采用尿素、氨水等含氨物質為脫硝劑的）。明確企業績效分級的差異化指標、重污染天氣的減排措施與核查方法。

? 氮氧化物超低排放是未來每個水泥企業需要開展的工作。政策趨勢結合當前形勢來看，小編認為接下來的3年內如果不能實現氮氧化物超低排放的企業將生存艱難，甚至退出。技術上來看，低氮燃燒、分級燃燒、脫硝爐等碳基脫硝技術以及SCR、SNCR等氨基脫硝技術，任何單項都難以實現超低排放。各項技術發展情況如何？如何通過最優組合上述技術實現連續、穩定、低成本超低排放？

? 工程技術分會結合當前該行業熱點及企業急需解決的難點問題，將在接下來撰寫系列文章，希望能夠助力企業明晰技術、避免誤區、選取最佳技術路線，實現氮氧化物超低排放。

? ? 水泥燒成系統產生的氮氧化物主要有三種：高溫下氮氣與氧氣發生反應生成熱力型的氮氧化物、原燃料中的有機氮在燃燒或加熱的情況下生成的燃料型氮氧化物及低溫火焰下由于含碳自由基的存在生成的瞬時性氮氧化物。NO約占90％以上，NO2約占5%-10%。

熱力型氮氧化物

? ? 熱力型氮氧化物是氮氣在高溫下與氧氣直接反應產生的氮氧化物。

? ? 熱力型NOx生成機理，也稱捷里多維奇（蘇聯人1947提出）反應，其形成量與溫度密切相關，當溫度超過一定溫度時，其反應速率和生成量成指數倍增加。當溫度小于1500℃時，NOx的生成量很少，而當溫度大于1500℃時，燃燒溫度每增加100℃，反應速率增大6-7倍。

? ? 由于水泥窯煅燒過程中采用空氣作為燃燒氧化劑，煤粉燃燒過程中氮氣的濃度相對充足和穩定，影響熱力型氮氧化物生成量的主要因素有反應溫度、反應區域氧氣濃度和反應時間。

燃料型氮氧化物

? ? 燃料型NOx由燃料中的氮化合物在燃燒中氧化而成。在煤粉燃燒中，由于燃料中氮的熱分溫度低于煤粉燃燒溫度，在600-800℃時就會生成燃料型NOx。在燃料燃燒的初始階段和原料加熱的過程中，含氮有機化合物熱解產生的中間產物，如N、CN、HCN等被氧化，從而生成氮氧化物。燃料型氮氧化物較熱力型氮氧化物更易于生成。

? ? 由于煤的燃燒過程由揮發分燃燒和焦炭燃燒兩個階段組成，故燃料型NOx的形成也由氣相氮的氧化(揮發分NOx)和焦炭中剩余氮的氧化(焦炭NOx)兩部分組成。其中揮發分氮的轉化率隨燃燒溫度的升高而增加。

? ? 在氧化氣氛下，HCN可生成NCO，若氧化氣氛繼續增強，可以繼續氧化生成NOx；若在還原氣氛下，HCN則可以被還原生成NH，在還原氣氛增強的情況下，最終生成氮氣。已經生成的NOx在還原氣氛下也可被NH還原為氮氣。

? ? 燃料型NOx的生成與火焰附近的氧濃度有關。所以降低氧濃度對于降低燃料型NOx有重要影響。以往研究中，在空氣過剩系數小于1.4的條件下所進行的煤粉燃燒試驗結果表明，轉換率隨02濃度平方值的增加而增加。與熱力型NOx不同，燃料NOx生成于較低的溫度水平。開始時溫度影響較大，在高溫條件下，NOx的生成達到穩定狀態。

? ? 在煤粉揮發分燃燒時，氧化氣氛下，特別是在強氧化氣氛下，氮元素傾向于氮氧化物轉化；在強還原氣氛下，氮元素傾向于向氮氣轉化。

? ? 燃料型取決于反應溫度、氧含量（過剩空氣量）、反應時間及原燃料（燃料類型及其內包含的揮發分和氮等）、煙氣NOx濃度等因素。

瞬時型氮氧化物

? ? 瞬時型NOx生成機理也稱費尼莫爾反應，其形成過程與燃料燃燒時裂解的碳氫基團、環境壓力等相關。快速型NOx是1971年C.P.Fenimore通過實驗發現的。在碳氫化合物燃料在過濃燃燒時，在反應區附近會快速生成NOx，主要在火焰溫度峰值區。瞬時型氮氧化物是空氣中的氮氣與燃料燃燒過程中產生的部分中間產物反應而生成的氮氧化物。由于燃料揮發物中碳氫化合物高溫分解生成的CH自由基可以和空氣中氮氣反應生成HCN和N，再進一步與氧氣作用以極快的速度生成NOx，其形成時間只需要60ms，所生成的量與爐膛壓力0.5次方成正比，與溫度的關系不大。在以煤為主要燃料的系統中，瞬時型氮氧化物生成量很少。一般情況不超過總量的1%。

不同溫度下窯爐內熱力、燃料、瞬時型氮氧化物生成量

? ?由中國硅酸鹽學會、建筑材料工業技術情報研究所主辦的“第二十四屆中國水泥技術年會”即將于12月6-8日在北京工業大學召開。此次會議將圍繞氮氧化物超低排放開展深入交流，包括脫硝爐+SNCR超低排放技術、分級燃燒+SNCR+SCR超低排放技術、各類SCR技術應用對比及優化升級趨勢、更適用于水泥行業的催化劑研發進展等。歡迎大家屆時參會交流及發言、參展。

第二十四屆中國水泥技術年會邀請函鏈接