水泥熟料生产线的煅烧过程在整个水泥生产过程中占据着十分重要的位置,新型干法水泥回转窑能耗较低,运用比较广泛[15]。在水泥熟料煅烧的过程中,水泥生产线分解炉内会产生大量烟气,这些烟气中含有大量由一氧化氮和二氧化氮组成的氮氧化物NOX[16],由于水泥生产过程中燃料的燃烧和烧结原料的高温超过1400℃,在水泥窑中产生会燃料型NOX、热力型NOX、瞬时型NOX[17],其中,热力型NOX的排放占据主导,浓度约1500-2600 mg/Nm3,其次为燃料型NOX,浓度约800-1500 mg/Nm3,瞬时型NOX最少[18-19]。
热力型NOx的产生是在水泥熟料煅烧过程中,窑内高温使得空气中的N2与氧气直接进行反应而生成的,其生成的速度速度比燃烧的慢。其中燃烧和烧结原料时的温度对热力型NOx形成影响最大,其次是O2含量和反应时间。反应机理如式:
N2+O=NO+N
N+O2=NO+O
N+OH=NO+H
燃料型NOx是煤燃烧过程时燃料中N经过反应而生成的NOX,燃料型NOx形成的机理相对复杂,一般在开始阶段形成,在燃烧时,含氮有机化合物热解过程中产生的中间产物(N、CN、HCN和NH等)与含氧化合物生成NOx。温度、氧含量、燃料含氮量、反应时间等因素能影响燃料型NOx的形成。
瞬时型NOx是在煤燃烧的过程中,空气中的N2与燃料过程中所产生的碳氢化合物反应生成的部分中间产物在煤浓度较高区域,继续与空气反应产生的NOX,温度、含氧量和燃烧性质影响瞬时型NOX的形成[20-21]。瞬时型NOx的生成很快,且瞬时型NOX对温度的变化敏感,也就是温度对瞬时型NOX的形成没有太大影响,因而,在整个生产过程中,瞬时型NOx含量可以忽略不计。水泥生产过程中,还有其他氮氧化物的产生,虽然这些NOX产生的两不多,但是也会对周围的大气环境造成污染[22]。