水泥行业烟气多种污染物“超低排放”整体解决方案
1概述 1.1我国水泥概况 水泥行业是我国经济建设的重要基础材料产业，也是主要的能源、资源消耗和污染物排放行业之一。根据中国建材联合会的公布，截止2012年低，全国水泥生产能力达到30.7亿t，全国水泥总产量22.1亿t，水泥产能利用率73.7%。正在建设生产线投产后，水泥产能将达36.3亿t。2014年全国水泥总产量更是达到创纪录的24.76亿t，占全世界水泥总产量的近60%。
1.2污染物种类
水泥生产过程中的水泥煅烧系统是最重要的大气污染物排放源，其尾气量占全厂废气量70%左右，产生的污染物除有大量粉尘外，还生成二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NOx)、氟化物、二氧化碳(CO2)、一氧化碳(CO)等有害气体及汞及其化合物。
1.3排放量
2012年水泥工业污染物排放：粉尘排放总量586万t，SO2排放总量137万t，NOx排放总量240万t。据测算，我国水泥工业颗粒物排放占工业烟尘排放39%，SO2排放占3%~4%，NOx排放占10%~12%，这些数据表明，我国的水泥工业属于重点污染行业。表1是2000~2012年我国水泥工业污染排放摘录。表2为水泥排放的粉尘种类及粒径分布。
1.4现行排放标准
《水泥工业大气污染排放标准》GB4915首次发布于1985年，1996年第一次修订，2004年第二次修订，2013年12月27日发布该标准最新版GB4915-2013，要求新建企业自2014年3月1日起，现有企业自2015年7月1日起执行新标准。表3为现有与新建企业大气污染物排放极限。重点地区企业执行表4规定的大气污染物特别排放限值。
1.5标准趋势
《水泥工业大气污染排放标准》GB4915标准修订趋势见表5。
从表中可以看出，排放限值越来越严。国家“十二五”规划纲要明确提出“积极应对全球气候变化”，“大幅度降低能源消耗强度和二氧化碳排放强度，有效控制温室气体排放”，“加大环境保护力度”，“强化污染物减排和治理”，“推进火电、钢铁、有色、化工、建材等行业二氧化硫和氮氧化物治理，强化脱硫脱硝设施稳定运行”，“深化颗粒物污染防治”。
1.6现行污染物处理技术
(1)粉尘治理。
水泥工业目前使用的除尘技术主要是袋式除尘、静电除尘机电袋复合除尘。水泥窑的窑头、窑尾，一般需要对烟气降温调质，采用增湿塔等措施将高温气体降到150℃以下和适宜的比电阻(<1011Ω˙cm)，再利用袋式除尘器或静电除尘器净化处理。
(2)SO2排放治理。
水泥工业废气中的SO2，主要来源于水泥原料或燃料中的含硫化合物，及在高温氧化条件下生成的硫氧化物。对于新型干法生产来说，硫和钾、钠、氯一样。是引起预热器、分解炉结皮堵塞的重要因素之一，是一种对生产有害、需要加以限制的一种组分。由于在水泥回转窑内存在充足的钙和一定量的钾钠，所形成的硫酸盐挥发性较差、有90%以上残留在熟料中，因而在废气中排放的SO2和其它工业窑炉(如电力锅炉)相比要少许多。
目前我国水泥工业采用的只是在生产过程中尽量减少SO2产生的一些方法，其中最简单有效的方法就是新型干法生产线选择合适的硫碱比;同时采用窑磨一体运行和袋收尘器除尘。采用窑磨一体的废气处理方式。把窑尾废气引入生料粉磨系统。在生料磨内，由于物料受外力的作用，产生大量的新生界面，具有新生界面的CaCO3有很高的活性，在较低的温度下，能够吸收窑尾废气中的SO2;同时生料磨中，由于原料中水分的蒸发，有大量水蒸汽存在，加速了CaCO3吸收SO2的过程，把SO2转变成CaSO4。
在预热阶段会逃逸预热器，此时没有活性CaO与之反应，或生料磨不足以将之完全去除，可能有较高的SO2排放，需要进行额外的处理。
(3)NOx排放治理。
近几年来，大部分水泥厂采用选择性非催化还原技术(SNCR)，即将氨水或尿素等氨基物质在一定的条件下与烟气混合，在不使用催化剂的情况下将氮氧化物还原成为无毒的氮气和水，实现系统的NOx减排>50%。
少部分水泥厂窑头主燃烧器采用低NOx燃烧器、分解炉分级燃烧技术，以最小的操作成本，尽可能的降低NOx在分解炉内浓度。
分解炉采用空气分级和燃料分解燃烧技术，利用助燃风的分级或燃料分级加入，降低分解炉内燃料NOx的形成，并通过燃烧过程的控制，还原炉内的NOx，从而实现系统的NOx减排，总的NOx减排10%~30%。
使用分级燃烧技术+选择性非催化还原技术联用，系统NOx减排水平达到>60%。
2排放标准趋势
2.1国外标准
(1)美国NSPS&NESHAP标准。
美国关于水泥行业大气污染物排放控制的标准有两种，一是针对常规污染物的新源特性标准(NSPS)见表6;另一是针对189种空气毒物的危险空气污染物排放标准(NESHAP)见表7、表8。
利用水泥窑焚烧垃圾执行NESHAP标准。(2)欧盟水泥行业BAT排放标准水泥行业BAT文件最初发布于2001年12月，最新的文件是2010年5月发布见表9。
(3)德国。
德国是世界上环保要求最严的国家之一，其水泥行业排放标准(2002年最新版)见表10。
(4)日本。
日本是按污染物项目制订排放标准，而不是按行业。其排放标准中对于SO2，是按各个地区实行K值控制，同时配合燃料S含量限值。K值标准是基于大气扩散模式，根据SO2环境质量要求、排气烟囱高度确定SO2许可排放量。K值与各地区的自然环境条件、污染状况有关，需要划分区域确定K值见表11。
2.2我国地方标准
我国一些省级人民政府制定了更严格的地方水泥工业排放标准见表12。
杭州市下发文件《杭州市燃煤电厂(热电)和水泥熟料脱销工程实施计划》，要求水泥窑NOx控制在150mg/m3以下。
3水泥窑超低排放目标值制定建议
3.1超低排放目标值建议依据
(1)水泥窑颗粒物。
新型干法窑的颗粒物初始浓度约30~80g/m3，经烟气调质/余热利用+布袋或静电除尘器，排放浓度可低于30mg/m3，除尘效率大于99.9%。《水泥工业大气污染物排放标准》GB4915-2013修订时，共抽样调查160个有效样本(水泥窑数量)，水泥窑颗粒物排放现状见表13。
表14是窑尾颗粒物排放浓度的累积分布，从两表中可以看出，有60%水泥窑符合现行30mg/m3要求，有30%水泥窑达到20mg/m3以下排放，并有10%水泥窑达到10mg/m3以下排放。从布袋与静电除尘器的使用情况看，窑尾采用袋式除尘器略多一些，且布袋除尘器的总体去除效果要优于静电除尘器，平均低5mg/m3左右。如将水泥窑颗粒物超低排放浓度定为10mg/m3，通过对现有窑尾除尘设备进行技术改造，如布袋滤料更换，电改袋等，是可以达到的。再者，科行自从《电改袋式除尘器高效低阻技术的开发和应用》科技成果签定证书获得以来，共有100多台电改袋实施，排放浓度有不少在10mg/m3以下运行。
(2)SO2。
SO2排放主要取决于原、燃料中挥发性S含量。如硫碱比合适，水泥窑排放的SO2很少，有些水泥窑在不采取任何净化措施的情况下，SO2排放浓度可以低10mg/m3。随着原燃料挥发性S含量(硫铁矿FeS2、有机硫等)的增加，SO2排放浓度也会增加。
在新标准修订的抽样调查，共获得153个有效的水泥窑SO2排放样本，平均排放浓度59.6mg/m3见表15。
从表16水泥窑SO2排放浓度的累积分布看，有50%的水泥窑可以控制在30mg/m3以下，这是因为水泥窑本身就是性能优良的固硫装置，水泥窑中大部分的S都以硫酸盐的型式保留在熟料中，SO2排放不多，特别是预分解窑，因分解炉内有高活性CaO存在，它们与SO2气固接触好，可大量吸收SO2，排放浓度相应较低。
另外，如果将窑尾废气送人正在运行的生料磨(窑磨联合运行)，会获得额外的SO2吸收能力(可能高达80%)，因此可作为SO2的污染消减装置。表17为生料磨开启、停运时的SO2排放浓度对比。
如原料中挥发性S含量很高，它们在预热阶段会逃逸预热器，此时没有活性CaO与之反应，或生料磨不足以将之完全去除，可能有较高的SO2排放。
如果将水泥窑SO2超低排放浓度定为35mg/m3，与电厂近零排放相一致，全国将有50%左右水泥窑不需要采取任何措施就可超低排放。
(3)NOx。
NO和NO2是水泥窑NOx排放的主要成分(NO约占95%)，主要有三种形成机理：热力型NOx、燃料型NOx和瞬时型NOx。
因水泥窑内的烧结温度高、过剩空气量大，NOx排放会很多。调查统计的初始浓度范围大多在800~1200mg/m3(80%都在1000mg/m3以下)。
在新标准修订的抽样调查，共获得148个有效的水泥窑NOx排放样本，平均排放浓度621.5mg/m3，最低值234mg/m3(采用了分级燃烧+SNCR)，最高值1233mg/m3见表18。表19为水泥窑NOx排放浓度累积分布。
在这个调查的水泥窑中，有45条明确报告了采用的NOx控制措施见表20。从表20中可以看出，只要采用SNCR技术，平均排放浓度可以降低至400mg/m3以下，如果同时采用低NOx燃烧器或分级燃烧，可以降低到300mg/m3以下，因此，水泥窑超低排放值生成，如采用SCR技术，脱销效率按80%计算，未来水泥窑采用SNCR-SCR联合技术后，应该可以降低到100mg/m3以下。因此，水泥窑NOx超低排放浓度定为100mg/m3是可行的。
3.2水泥窑超低排放目标值
根据水泥窑超低排放制订依据，并结合目前国内相关产业政策、水泥第二代节能环保新型干法水泥预期指标及部分地方标准，提出水泥行业烟气治理超低排放目标值，具体见表21。
4水泥工业超低排放技术路线
4.1颗粒物
粉尘一直被认为是水泥企业最主要的污染源，在物料的破碎、粉磨、储存、烘干、输送、烧成、包装及散装出厂等过程中产生。整个水泥生产线一般有30~40个有组织粉尘排放点，其中排放气体最大的扬尘点是水泥窑头和窑尾。
水泥厂的窑尾除尘，目前近40%左右是采用电除尘器，由于电除尘器对比电阻的敏感性及其除尘机理决定，其烟尘排放浓度较高，有很多都在30mg/Nm3以上。随着新标准的实施，自2015年7月1日开始要求窑尾烟尘排放浓度都小于等于30mg/Nm3，沿海经济发达地区、四川、河南等省要求窑尾烟尘排放浓度小于10mg/Nm3，因此，采用袋式除尘器是窑头、窑尾除尘发展的趋势。今年有不少水泥厂将不能达标排放的电除尘器改造成袋式除尘器，也取得了很好的效果。由于袋式除尘器的适应能力比电除尘器要强，因此，在窑头、窑尾采用袋式除尘器越来越多，发展势头迅猛。随着袋除尘器技术的进步，特别是新型滤料的出现，使袋除尘器的应用范围更为广泛。
大型化的高效袋式除尘器是现代除尘技术发展的标志之一。它除尘效率高，特别是捕集微细粉尘效果更佳。近年来，袋式除尘器滤料材质的提高和清灰控制自动化与本体结构性能的优化，为袋式除尘器的发展提供了技术保证。滤料性能和质量的好坏，直接关系到袋式除尘器的好坏和使用寿命的长短。滤料的性能和质量也促进袋式除尘技术进步。从国内这几年的水泥工业应用情况来看，现有滤料的性能和寿命都能满足新型干法窑用户的要求。从国外进口的玻纤薄膜滤料和P84滤料，价位都很高，且使用的数量也很大，一台除尘就是1～2万m2，价值数百万元。这对袋式除尘器在水泥工业新型干法窑的广泛应用，带来不利的影响，必须国产化，降低滤料成本。近年来国产的复合滤料、P84针刺毡、氟美斯针刺毡都已开发出来，并在多台窑尾袋式除尘器上试用，平均使用寿命可以达3年以上。值得一提的是国产高端纤维均也已批量生产，国产PTFE、PPS和芳纶纤维每年产量都达到3000t以上;
国产P84纤维到年底产量也能达到300t左右;质量与国外产品差异不大，高端纤维的国产化将有利于水泥工业袋式除尘器的更加普及，投资和运行费用将进一步降低。
目前，生产中应用最广，市场占有率最高的大型袋式除尘器是脉冲喷吹除尘器。江苏科行环保科技有限公司开发了新一代长袋高效袋收尘器——行喷脉冲袋收尘器，具有自主知识产权，定型为系列行喷脉冲袋收尘器，是目前袋收尘器发展的趋势。该收尘器适用于水泥熟料冷却机、窑尾及生料磨、烘干机等大气量高温气体的收尘，以及煤磨、水泥磨等高浓度系统气体的收尘，也可用于水泥厂的破碎、包装、库顶等的联合收尘。收尘器的滤袋根据需要可以采用不同的材质。
系列行喷脉冲袋收尘器结构特点：
(1)过滤风速高，长滤袋，收尘和清灰效率高，保证整机阻力低，节约系统电耗，降低运行成本。
(2)多种清灰模式，可用低压压缩空气喷吹清灰。(3)脉冲袋收尘器比反吹袋收尘器重量降低51.3%;收尘系统电耗比采用电收尘器或反吹袋收尘器降低16%;比收尘面积比反吹袋收尘器降低42.7%;体积比反吹袋收尘器体积减小67.2%;占地面积比反吹袋收尘器减小55.8%。
系列行喷脉冲袋收尘器有如下优点：(1)采用行喷脉冲袋收尘器技术设计。室内换袋(Walkin)结构，保证设备漏风率真正低于3%。特别适用于窑磨一体和磨机后面的成品收尘。(2)采用自助冷却清灰装置，确保连续清灰效率。(3)采用低CAN风速结构设计，保证设备高效运行。(4)挂袋多孔板全部采用数控激光切割成型，确保尺寸定位及形状公差小于0.1mm，孔板平面度公差小于3mm。(5)关键件采用国际名牌产品，确保设备性能优越。例如脉冲阀采用澳大利亚GOYEN产品、气缸采用台湾AIRTAC产品。脉冲阀膜片保证1000000次和5年的使用寿命。(6)采用智能运行监测系统，全面监视系统运行中的气体温度压力及分室压差监控、分风状况和破袋检测，实施反馈清灰控制及异常报警，保证运行中破袋检测快速准确。(7)标准板块结构设计，方便现场安装，并利于结构密封施焊。设备进气口斜隔板及各室进口导流板，确保分风均匀。(8)完美的清灰控制系统，西门子PLC，内设置定时、定阻、在线及离线清灰程序。触摸屏人机界面，可方便实现清灰程序、间隔、强度可调，同时设置运行参数监控显示。(9)整机阻力确保低于1200Pa，比前代袋收尘器节约运行电耗约15%。(10)排放浓度可以保证<10mg/m3。
4.2SO2排放治理
水泥工业废气中的SO2，主要来源于水泥原料或燃料中的含硫化合物，及在高温氧化条件下生成的硫氧化物。对于新型干法生产来说，硫和钾、钠、氯一样。是引起预热器、分解炉结皮堵塞的重要因素之一，是一种对生产有害、需要加以限制的一种组分。由于在水泥回转窑内存在充足的钙和一定量的钾钠，所形成的硫酸盐挥发性较差、有80%以上残留在熟料中，因而在废气中排放的SO2和其它工业窑炉(如电力锅炉)相比要少许多。
水泥生产中减少SO2排放有下列几种措施：
(1)改变原料，降低原料中硫含量和调节原料硫碱比均可以降低SO2排放，但改变原料通常在经济上是不可行的。
(2)水泥生产线自身的SO2脱除，水泥窑系统中存在合适的条件可以脱除SO2，脱除效率与生料硫碱比、原料中硫的存在形态有很大关系。同时如果生料磨采用预热器废气来烘干原料，会进一步脱除50%~70%的SO2。从工艺角度来讲，控制烧成带的CO、O2含量及火焰形状有利于降低SO2排放。
目前我国水泥工业采用的只是在生产过程中尽量减少SO2产生的一些方法，其中最简单有效的方法就是新型干法生产线选择合适的硫碱比;同时采用窑磨一体运行和袋收尘器除尘。采用窑磨一体的废气处理方式。把窑尾废气引入生料粉磨系统。在生料磨内，由于物料受外力的作用，产生大量的新生界面，具有新生界面的CaCO3有很高的活性，在较低的温度下，能够吸收窑尾废气中的SO2;同时生料磨中，由于原料中水分的蒸发，有大量水蒸汽存在，加速了CaCO3吸收SO2的过程，把SO2转变成CaSO4，使窑尾废气中的20%～70%的SO2固定在物料中。由于袋收尘器的滤袋表面捕集的碱性物质与试图通过滤袋的SO2、NOx酸性物质能结合成盐类。从而使酸性气体的浓度可削减30%～60%。可见袋除尘器可成为治理水泥工业粉尘和有害气体的多功能设备。
对于部分水泥企业SO2无法达到超低排放要求，可以采用额外脱硫技术思路。
①干反应剂喷注法。干反应剂喷注法是指将熟石灰喷入预热器系统适当位置。Nielsen报道将熟石灰加入最上面两级旋风筒之间的连接管道，钙硫比在2.5和4的情况下，脱硫效率可以分别达到50%和70%。RMCPacific公司曾经将干的Ca(OH)2喂入上面两级旋风筒之间的连接管道和出顶级预热器后的废气管道，钙硫比在40～50之间，脱硫效率在55%～65%之间。当将熟石灰喷入生料磨时，可以达到最高的脱硫效率80%。Polysius公司开发了一种Polydesox系统，即将熟石灰喂入上面两级旋风筒之间的连接管道或者喂入第二级旋风筒，该公司报道脱硫效率可达到85%。
②热生料喷注法。热生料喷注法是指将已分解生料喂入预热器系统适当位置。Fuller公司的De-SOx旋风系统便属于此类，该旋风除尘器安装在上面两级旋风筒之间的连接管道附近，从分解炉出口引出一部分废气进入旋风除尘器，然后将收集下的粉尘喂入上面两级旋风筒之间的废气管道。热生料中包含大量的活性Ca0，在钙硫比为5～6的情况下，脱硫效率可以达到25%～30%。对原料中硫铁矿含量高的水泥厂而言，大约5%～10%分解炉废气即可满足要求。另外RMC公司也作过类似尝试，将窑尾下料处已分解生料喂入上面两级旋风筒之间的连接管道或者喂入出顶级预热器后的废气管道，钙硫比在30左右，脱硫效率分别可以达到30%和40%。
③喷雾干燥脱硫法。喷雾干燥脱硫法是一种湿法与干法相结合的脱硫方法，石灰消化后形成的浆液由喷雾装置喷入吸收塔，脱硫效率可以达到50%～90%。RMC公司曾将石灰消化后喷入增湿塔。增湿塔中有9个喷雾嘴，分为两组，一组用来喷入石灰浆液，另一组用来喷入冷却水。被雾化成细小液滴的脱硫剂与烟气中的S02发生化学反应，从而脱除烟气中的S02。烟气中未反应的石灰颗粒和反应生成物等随烟气带出增湿塔，进入除尘器被收集下来。该脱硫系统存在两个控制回路，一个用来控制增湿塔出口气体温度，另一个用来控制烟囱S02排放浓度。Envirocare公司也是利用水泥厂的增湿塔引入脱硫剂，该脱硫剂浆液中悬浮着很多微细Ca(0H)2颗粒(通常在3～10μm)，SO2气体易溶于浆液并与其发生反应，与此同时，浆液中的水分在热烟气作用下蒸发，脱硫效率超过90%。这两种方法中，收集下来的含硫化合物的窑灰进入生料磨，不存在废物处理的问题。
④湿式脱硫法。湿式脱硫法已广泛应用于很多行业像电力、冶金行业，目前国内有多家水泥厂也采取了该方法。科行公司的湿法脱硫成套设备安装在除尘器后面，并以正压工作。气体进口设在吸收塔下部，吸收塔顶部装有成组雾化喷嘴。用20%的石灰石和80%的水在浆液池制成石灰石液浆，进入吸收塔底部的沉淀槽，然后被泵入喷嘴。在石灰石稀浆沿吸收塔下降过程中，与烟气形成逆流接触，脱除烟气中的硫，生成的CaS02和CaS02进入沉淀槽。沉淀槽底部鼓入空气，将CaS02强制氧化生成石
膏。生成的石膏进入水力旋流器，再通过离心机，这样可以得到含水10%-15%的石膏，此种质量的石膏可以部分替代水泥粉磨过程中使用的石膏。当水和石膏分离出来后，水再返回浆液池。石灰石料浆与气体中的SO2反应是在接近露点条件下进行的，经过吸收塔的气体需要通过除雾器除去悬浮水滴和颗粒物，然后再从烟囱排出。
尽管干反应剂喷注法的脱硫效率较高，但其成本较高，主要是购置熟石灰的费用。喷雾干燥脱硫法投资低于湿法工艺，可以通过对水泥厂增湿塔进行改进来实现，其优点是脱硫效率较高，不存在脱硫产物的处理问题，但石灰浆液喷注过程中管路、阀门、喷头、预热器风机的堵塞问题比较严重，检修维护工作量较大;脱硫剂浆液固体含量超过13%将造成喷嘴雾化困难，这一系列的操作问题给其在水泥行业的应用提出了挑战。湿式脱硫法效果较好，脱硫效率可以达到80%～95%，浆液固体含量可达到30%，堵塞和维修问题较少，但设备投资、运行费用和技术要求高;但脱硫石膏还可以作为水泥的缓凝剂。
4.3NOx排放治理
NOx在水泥窑炉污染气体中占有重要地位。水泥窑NOx排放的主要成分是NO和NO2，其中NO占氮氧化合物总量的95%左右，NO2大约为5%左右。燃料燃烧过程中主要存在3种氮氧化合物形成方式，即热力型(ThermalorZeldovichNO)、瞬态型(PromptorFenimoreNO)和燃料氮型(FuelNO)。一般来说，在水泥生产过程中，瞬态型氮氧化合物可以忽略。NOx的危害性主要表现在环境酸化、人体健康损害和光化学烟雾及温室效应等方面。NOx(氮氧化物)包括一氧化氮NO、二氧化氮NO2和一氧化二氮N2O(笑气)等，氮氧化物不仅是光化学烟雾的主要成分，也是形成酸雨的重要物质，对农业、林业、全球气候、自然环境及人类身体健康都具有极大的危害。因此，水泥生产线应采取必要措施降低NOx排放浓度。
依据现有的水泥窑NOx排放现状，若没有采取技术措施，大部分水泥企业排放的NOx都会超过800mgNO2/(Nm3@10%O2)。
如采用SNCR脱硝装置，从科行环保承担全国200多条水泥窑SNCR脱销效率都不低于50%，即从800mgNO2/(Nm3@10%O2)降低至400mgNO2/(Nm3@10%O2)以下的排放水平。
如保证水泥窑NOx超低排放，科行环保根据近几年来开发的降低水泥窑氮氧化物排放技术及研究成果，拟采用技术思路：
(1)在窑头主燃烧器采用低NOx燃烧器。
水泥工厂大都选用一次风量在10%以上的燃烧器，低NOx燃烧器就是一次风量低的燃烧器，可选用一次风量在5%~6%之间。该类型燃烧器低NOx原理为：大量降低一次风量可以增加高温二次风量，再由于喷咀外风高速喷射卷吸高温二次风进喷咀中心，使煤粉着火速度加快，使氮与氧来不及化合，减少NOx形成。燃烧器的设计，依靠调节最佳的一次风量、燃烧火焰的引燃距离、火焰温度分布，燃烧器附近可用的氧量使NOx量处于低水平。通常，窑尾废气NOx含量降低在10~30%。市面上很多号称低氮燃烧器大都采用降低燃烧器火焰温度来达到的，当原料易烧性差的时候，需要提高燃烧温度时，燃烧器无法满足要求，使得回转窑产量降低，最终废弃该燃烧器。
(2)分解炉空气分级燃烧。
空气分级燃烧原理是分出一部分三次风管高温气体去分解炉中部，使喷煤管处燃烧在缺氧状况下进行(理论计算此处过剩空气系数α在0.8左右)，燃料先在缺氧富燃料条件下燃烧，使得燃烧速度和温度降低，燃烧生成的CO与NO等还原气体，中和部分从回转窑生成的热力型氮氧化物以及分解炉内生成的燃料型氮氧化物;分出部分三次风管空气进入分解炉中部(进入高度位置通过热工计算，条件是满足大于1秒氮氧化物中和时间即可)，使未燃烧燃料继续燃烧，该风形象描述为“火上风”。
其反应式为：
2CO+2NO→2CO+N2NH+NH→N2+H2NH+NO→N+OH
(3)分解炉燃料分级燃烧。
燃料分级燃烧是指在烟室和分解炉之间建立还原燃烧区，将原分解炉用燃料的一部分均布到该区域内，使其缺氧燃烧以便产生CO、CH4、H2、HCN和固定碳等还原剂。这些还原剂与窑尾烟气中的NOx(窑内热力型NOx)发生反应，将NOx还原成N2等无污染的惰性气体。此外，煤粉在缺氧条件下燃烧也抑制了自身燃料型NOx产生，从而实现水泥生产过程中的NOx减排。
在分解炉锥部增设两个脱除NOx的燃烧器，煤粉从窑尾输送管的四路阀中引出，通过电动调节阀门开度，来控制上下两层燃烧器的用煤量。在锥部的脱氮喷嘴根据生产实际情况及工艺操作参数，考虑喷入一定量的燃料，控制空气过剩系数，保持一定炉区温度与停留时间，在分解炉锥部形成一个强还原区，对回转窑内产生的热力NOx进行还原，从而达到有效控制NOx的形成。当三次风进入分解炉系统后，在分解炉的柱体及其以上部位形成强氧化区，确保煤粉在分解炉内的完全燃烧，从而保证烧成系统的正常运行。
作为脱硝用的分级燃烧技术，其脱硝效率取决于脱硝燃烧区域的空燃比、脱硝燃烧时间、脱硝燃烧的空燃混合状况。基于在有限的结构空间内实现最优化的脱硝效果，通过对单通道脱硝燃烧器的风煤喷射角度的优化，利用优选的旋流卷吸效应，提高了分级燃烧区域的脱硝效率，进一步实现了装备空间结构设计的优化。
(4)优化操作。
不论采用空气分级还是采用燃料分级，要求烧成系统操作时，窑尾烟室O2含量不能大于3%(最好在1%以内)，实际就是控制回转窑内空气过剩系数尽量小，否则，分级燃烧没有任何效果。另外，窑内空气过剩系数小，窑内热力型NOx生成量也少，因此，优化操作非常重要，通常可以调节窑尾高温风机转速或三次风管闸门开度来控制窑尾烟室O2含量。
(5)配料调整。
窑头燃烧器NOx的生成主要受燃料性质以及火焰温度、火焰形状、滞留时间、过剩空气量的影响，窑头燃烧生成NOx主要是热力型，烧成带温度通常在1200℃～1400℃，燃烧器火焰温度高达1700℃~2000℃，降低烧成带温度，就可以降低火焰温度，当火焰温度低于1500℃，热力型NOx生成量极少，因此，配料时可考虑生料的易烧性小配比，易烧性系数BF=LSF+10SM-3(MgO+AL)(LSF-石灰饱和系数，SM-硅酸率，AL-当量碱含量%)，BF越小越易烧(<0.5时为易熔料，0.5~0.6为易烧料，>0.6为难烧料)，因此，在满足熟料强度基础上，尽量配制合适石灰饱和系数(KH)及低硅率(SM)原料配比。
如果有可能的话，采用低的含N元素低的燃料，降低分解炉内燃料型NOx生成量。以上措施目的为了降低NOx生成量，使SNCR还原剂消耗量减小，以降低生产成本。
(6)采用选择性非催化还原技术，在分解炉内喷射氨水或尿素降低NOx。
选择性非催化还原(SelectiveNon-CatalyticReduction，以下简写为SNCR)技术是一种氮氧化物控制处理技术。SNCR技术属于燃烧后控制技术，是将氨水或尿素等氨基物质在一定的条件下与烟气混合，在不使用催化剂的情况下将氮氧化物还原成为无毒的氮气和水，氨水/尿素还原氮氧化物总的化学反应为：
4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O4NH3+2NO+O2→3N2+6H2O8NH3+6O2→7N2+l2H2O
氨水/尿素喷射的过程对于喷入点的烟气温度水平非常敏感。影响SNCR反应的关键因素有：反应温度、氨氮(NH3/NO)摩尔比、氮氧化物初始浓度、烟气中O2浓度、停留时间等因素。
科行环保通过大量工程经验获得，采用不同的NH3/NO化学当量比在脱除NO上具有不同的效果。氨水/尿素在高温条件下的反应是双向的，既存在氧化形成N2或者NO的可能，也存在着和NO通过复杂的系列反应形成N2的可能。这两种反应均与反应的温度具有密切的关系，在800℃以下，两种反应均具有很低的反应速度，主要还是以氨气的形式存在于烟气中，随着反应温度的升高，氨和NO的反应占有主导地位，烟气中的NO被大量还原，而当温度超过1100℃以后，氨气的氧化是主要的，烟气中的NO将呈现增加的趋势。在分解炉中，由于生料分解炉的平衡吸热，导致分解炉的出口温度通常在820℃～870℃之间波动，能满足SNCR的要求。因此在分解炉的中上部分及最下一级旋风筒C5之间的区域作为喷氨脱氮的反应区域是完全合适的。由于SNCR反应的温度区域和空间区域在分解炉-预热器系统内相对处于一个比较狭窄的空间内，因此必须尽快完成氨气在反应区域内的充分分散加快反应的进行，确保氨的利用率在70%以上，尽量降低氨在生料磨-窑尾上几级预热器之间的无效循环。
和其他的措施相比，采用SNCR方法具有一定的运行成本，但也具有较理想的脱氮效果，基本可以确保其脱除效果大于60%。科行环保通过大量工程表明，单采用SNCR法完全有可能在水泥厂取得NOX排放在400mg/Nm3以下的效果。
该系统包括氨水(或尿素)储存系统，氨水(或尿素)溶液传输模块以及溶液喷射系统。
(7)采用选择性催化还原技术(SCR)，在预热器C1出口与增湿塔(或余热锅炉)之间串联SCR脱销装置，属于高尘布置，脱销效率>80%。
目前，全世界水泥窑采用SCR技术脱销仅有3套投产。第一套是德国SolnhoferZementWerker水泥厂。该厂为预热器窑，设计年产量为55.5万t(约1800t/d);SCR为高尘布置，催化剂层为三备三用，采用25%氨水溶液做还原剂，氨逃逸率小于1mg/Nm3，进入SCR的烟气温度在320℃~340℃;当初始NOx浓度小于3000mg/Nm3，脱销效率高于80%，初始NOx浓度在1000~1600mg/Nm3，脱销后浓度为400~550mg/Nm3。该厂SCR系统可靠运行大于40000h。
第二套是意大利CementeriadiMonselice水泥厂，于2006年投试，该厂采用了高尘布置。该SCR系统最初6个月的运行参数和结果显示：SCR系统高达95%的脱销效率，烟气排放气中的NOx浓度低至75mg/Nm3，系统压降小于500Pa，氨逃逸仅有1mg/Nm3。该催化剂系统，采用五备一用的床层设计，催化剂为V2O5~TiO5整体蜂窝结构，蜂窝孔道直径为11.9mm，催化剂体积为105.3m3，NOx催化净化反应空间速度约为1000h-1。该厂SCR的生产成本为1欧元/t熟料。
第三套是意大利Calavino水泥厂安装的SCR系统。运用SNCR脱硝技术，确保水泥窑NOx的排放稳定在400mg/Nm3以下，是可以实现。但要达到100mg/Nm3以下，单独依靠SNCR已完全不能实现，必须和SCR脱硝技术结合起来。SCR是利用NH3与NO反应的选择性，选择合适的催化剂，在300℃~350℃，在催化剂表面将富氧烟气中的NO还原成N2和H2O。
SCR脱硝技术的原理如下：
4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O4NH3+2NO2+O2→3N2+6H2ONO2+NO+2NH3→2N2+3H2O
在窑尾预热器和增湿塔(或余热锅炉)之间增设一个SCR反应塔，将预热器的废气由该反应塔上部导入，与喷入塔内的氨水或尿素等还原剂相混合，借助反应塔内多层催化剂的催化作用，确保脱氮反应更充分地完成，催化剂由V2O5、TiO2等活性组分制成的。
SCR脱硝工艺装置的主要组成部分包括一个SCR反应器、一个储罐及一个还原剂注入系统。还原剂即可是带压的无水液氨，也可是常压下的氨水溶液(通常重量浓度为25%)。当采用氨水或尿素溶液时，通常将其通过位于导管或滑流的雾化喷嘴直接注入到烟气通道中。无水液氨的储存压力取决于储罐的温度。液氨通过蒸发器中的蒸汽、热水或电被蒸发。然后，蒸发的氨气经空气稀释，通过注入系统被注入到烟气中。注入系统有许多注射喷嘴组成，使氨和烟气均匀分布。另一方面，在喷嘴数量较少的情况下，可以结合一个静态混合器一起使用。氨气在烟气内的均匀分布对于实现NOx的有效还原、较低的氨逸出量以及由此达到催化剂的有效利用都十分重要。
SCR脱销效率影响因素：
脱销效率的主要影响因素有系统运行的SV值、氨氮比(NSR)、烟气温度等。
SV(h-1)指烟气流量与催化剂体积之比。NOx的脱销效率随着SV值的增大而降低。意大利Monselice水泥厂SCR系统SV值为1000h-1。
氨氮比：理论上，1molNOx需要1molNH3去脱除，NH3量不足会导致NOx脱销效率降低，而过量又会带来对环境的二次污染。据资料显示，氨氮比在1.05~1.10，脱销效率可稳定在80%~90%。
烟气温度是脱销效率的重要因素，一般应尽可能使烟气温度处于所选催化剂的反应温度窗口内。
水泥炉窑SCR脱硝工艺需要注意的问题：①高粉尘浓度对催化剂的影响大。
水泥炉窑尾部的粉尘含量可高达80～100g/Nm3，易造成催化剂孔隙堵塞，使系统压降迅速增加，给引风机的正常运行造成严重威胁，从而影响水泥炉窑生产线长期稳定运行。
水泥炉窑SCR脱硝工艺对催化剂的堵塞和磨损，提出了更高的要求。
②催化剂中毒问题。
水泥炉窑烟气中钠、钾等水溶性碱金属化合物易与催化剂中的V2O5反应导致催化剂中毒，从而降低催化剂的活性。同时，水泥炉窑烟气中的CaO含量较高，易于SO3反应生成CaSO4，覆盖催化剂的表面，降低催化剂的活性。
水泥炉窑SCR脱硝系统中，由于烟气中碱性金属氧化物含量较高，要特别注意催化剂的中毒问题。
(8)科行水泥炉窑SNCR+SCR联合脱硝技术。
考虑到脱硝催化剂的投资成本较高，科行采取把SCR与SNCR结合起来的联合脱硝技术。
SNCR+SCR联合脱硝的特点：
①催化剂用量小。
SCR工艺由于催化剂非常昂贵，使得SCR系统的投资很大。并且由于需要定期更换，运行费用也很高。SNCR+SCR联合脱硝工艺由于首先采用了SNCR工艺初步脱硝，脱硝效率可以达到60%，降低了对催化剂的依赖。联合脱销系统所使用的催化剂比单独使用SCR脱销系统要少的多。在总脱销效率为75%时，催化剂可省约50%。该系统的NOx脱除效率可达70%~92%。
②SCR反应塔体积小，空间适应性强。
由于联合脱硝工艺催化剂用量少，它与单一的SCR工艺相比，减少的钢结构量，节省了投资。
③脱硝系统阻力小。
由于联合脱硝工艺的催化剂用量少，SCR反应器体积小，与传统SCR工艺相比，系统压降将减小，减少了引风机改造的工作量，降低了运行费用。
④减少SO2向SO3的转化，降低腐蚀危害。
催化剂的使用虽然有助于提高脱硝效率，但也存在增强SO2向SO3转化的副作用，而烟气中的SO3含量的增加，将生成更多的NH4HSO4。NH4HSO4的黏结性很强，在烟气温度较低时，会堵塞催化剂并对下游设备造成腐蚀。复合脱硝技术由于减少了催化剂的用量，将使这一问题得到一定程度的遏制。
⑤简化还原剂喷射系统。
为了获得高效脱硝反应，要求喷入的氨与烟气中的NOx有良好的接触并要求在催化反应器前形成分布均匀的流场、浓度场和温度场，为此，单一的SCR工艺除必须设置复杂的氨喷射格栅(AIG)及其控制系统外，还往往需要在多处安放掺混设施、加长烟道以保证AIG与催化剂之间有足够远的距离等措施，以达到上述要求。而复合工艺的还原剂喷射系统布置可以布置在C1出口管道上，与下游的SCR反应器距离很远，因此，无需再加装混合设施，也无需加长烟道，就可以在催化剂反应器入口获得良好还原剂与NOx的混合及分布。
(9)苏州东吴水泥2500t/d水泥窑SNCR+SCR联合脱硝中试项目。
苏州东吴水泥有限公司于2012年6月在香港主板上市。公司建有1条2500t/d水泥生产线，目前使用的SNCR脱硝装置，由科行环保建设，氮氧化物排放浓度小于320mg/Nm3，符合国家新标准。中试项目采用选择性催化技术，采用高尘布置，催化剂为5层，每个催化剂尺寸为1026×1930mm，总体积为17.01m3，处理风量为20000Nm3/h(工况处理风量为46800m3/h)，SCR理论设计脱硝效率为：如NOx进口浓度为800mg/Nm3时，则NOx出口浓度为150mg/Nm3，脱硝效率可达81.25%。该中试项目反应器并联于窑尾余热锅炉，于2015年6月建成并于9月开始调试运行(图1为苏州东吴水泥2500t/d水泥窑SNCR+SCR联合脱硝中试项目现场图片)。
表22为中试SNCR-SCR联合脱硝汇总，实际脱硝总效率达95%以上。
5结束语
从GB4915-2013《水泥工业大气污染排放标准》标准修订可以看出，排放限值越来越严，环保要求对水泥工业越来越苛刻。
前两年火电行业率先提出烟气“近零排放”、“超低排放”的标准，颗粒物排放为5mg/Nm3，二氧化硫35mg/Nm3，氮氧化物50mg/Nm3。也就是燃煤机组排放的标准要达到或接近燃气机组的排放标准。国内第一台“近零排放”示范工程在国华舟山电厂4号燃煤机组成功应用，该示范工程于2014年6月25日顺利投产，据浙江省环境监测中心发布环保数据监测报告，废气排放中粉尘2.46mg/Nm3，二氧化硫2.76mg/Nm3，氮氧化物19.8mg/Nm3。提出并实施“近零排放”的标准，对整个燃煤发电行业的技术升级与发展具有重要的引领作用。
作为建材工业重要的支柱产业，水泥行业有责任有义务提出自己的“超低排放”发展思路，即通过综合治理，使水泥行业大幅减少PM2.5微粒、SO2、NOx以及其它污染物的排放，使其居世界领先水平，符合两个“二代”研发的目标，也是超越引领世界水泥工业发展重要支撑。