喜多（SIOD）水泥行業(yè)無氨脫硝新趨勢

氨作為一種脫硝劑被廣泛應用在水泥、火電、鋼鐵等行業(yè)的氮氧化物治理中。同時，氨也是一種危險化學品，其對環(huán)境、員工健康、生產安全都有著不小的危害。本文向大家介紹一種可廣泛應用在水泥、火電、鋼鐵等行業(yè)無氨脫硝的新工藝喜多（SIOD）離子發(fā)生器，以及它的工藝原理、技術優(yōu)勢和煙氣應用的案例。

1.1我國水泥行業(yè)市場情況及特點

中國是水泥生產大國，由于需求增長，供給緊張，2019年水泥行情再創(chuàng)新高，據國家統(tǒng)計局統(tǒng)計數據顯示，水泥行業(yè)全國整年利潤1867億，同比增長19.6%，全國水泥產量達到23.5億噸，同比增長6.1%，是近5年以來增長最快的一年。

圖1-1 我國近五年水泥產量

水泥生產過程中的水泥煅燒系統(tǒng)是最重要的大氣污染物排放源，其尾氣量占全廠廢氣量70％左右，產生的污染物除有大量粉塵外，還生成二氧化硫(SO₂)、氮氧化物(NO_X)、氟化物、二氧化碳(CO₂)、一氧化碳(CO)等有害氣體和汞及其化合物。水泥行業(yè)又是繼電力、鋼鐵之后的NO_X第三大排放源，年排放量在200萬噸左右，約占全國NOX排放總量的10%，是造成環(huán)境污染的主要元兇之一。

1.2我國水泥行業(yè)大氣污染物排放標準及政策

1.2.1國家及地方現(xiàn)行排放標準及政策（單位：mg/m³）

表1-1國家及地方現(xiàn)行排放標準及政策

1.2.2地方超低排放標準及政策（單位：mg/m³）

以河南為例，2019年7月29日，河南省生態(tài)環(huán)境廳發(fā)布關于《水泥行業(yè)大氣污染物排放標準》征求意見稿。根據排放標準要求，到2021年，所有位于河南省省轄市建成區(qū)的水泥工業(yè)企業(yè)的所有生產工序，顆粒物、二氧化硫、氮氧化物分別執(zhí)行10 mg/m³、35 mg/m³、50 mg/m³的排放限值。

圖1-2地方超低排放標準及政策

1.3水泥行業(yè)煙氣治理現(xiàn)狀

隨著水泥行業(yè)排放政策趨緊，很多水泥企業(yè)因為NO_X排放不達標被迫錯峰生產或停產，經濟損失巨大。水泥企業(yè)大氣污染物排放治理熱情高漲，力度也在持續(xù)加大。

水泥工業(yè)二氧化硫排放在全國排放量中占比一直較低，窯尾煙氣中二氧化硫的排放濃度一般為10mg／Nm³以內，目前市場上多種脫硫工藝比較成熟，二氧化硫排放很容易達到超凈水平。氮氧化物和氨逃逸則成為水泥行業(yè)的治理重點與難點。

1.3.1水泥行業(yè)NO_X來源

水泥生產過程中產生的NOX主要成分為NO和NO₂(NO約占95%)，其來源主要有兩個：在溫度區(qū)間為500℃~1 500℃時，分解爐和回轉窯中產生燃料型NO_X，大約占全部NOX 的75％~95％ ；溫度＞1 200℃時在回轉窯內生成熱力型NO_X。

1.3.2水泥行業(yè)脫硝技術應用情況

水泥生產過程中窯尾段會產生大量煙氣，這些煙氣具有溫度高、濕度大、NO_X含量高等特點。目前在水泥行業(yè)NO_X末端治理技術主要有SNCR、SNCR+SCR兩種工藝路線。

1.3.2.1 窯爐低氮燃燒+SNCR技術

SNCR技術是目前水泥行業(yè)最成熟、采用最多的末端治理技術，優(yōu)點就是投資少、裝置簡單、過程中無需使用催化劑，但是它也有自己的不足，其脫除效率較低、對煙氣溫度的要求高、氣凝膠設備容易造成腐蝕、無法實現(xiàn)NOX的超低排放、并且在SNCR系統(tǒng)中，氨的噴入量很大，造成下游氨的濃度非常高以至于產生氨逃逸的現(xiàn)象，直接導致了二次污染。

1.3.2.2 SNCR+電除塵+SCR技術

SCR技術是國外同行借鑒傳統(tǒng)脫硝工藝的基礎上提出來的，優(yōu)點是脫硝的效率高、對煙溫的要求低、并且可以實現(xiàn)NO_X的超低排放；但是其投資成本卻很高，因需要在原有的SNCR系統(tǒng)上增加除塵系統(tǒng)、SCR系統(tǒng)，另外，由于煙氣中含有堿金屬、重金屬，還可導致催化劑中毒，從而影響系統(tǒng)的脫硝效率，并且目前該技術所使用的催化劑能否在水泥行業(yè)中長期穩(wěn)定運行，還有待考察。

上述兩種技術路線都有一個通病，那就是會大量噴入氨，易發(fā)生氨逃逸情況。水泥企業(yè)為了讓原有的脫硝裝置能夠達到超低排放指標，往往采用過量噴氨或者多級噴氨的方式治理氮氧化物，結果導致大量的氨逃逸。逃逸的氨對環(huán)境和健康危害都十分巨大，且氨的制備與存儲屬于高風險、高能耗、高污染的過程，需要遠離人口稠密區(qū)與生產區(qū)。

氨可對水體、土壤和大氣造成嚴重污染，屬第2.3類易燃易爆的有毒氣體。低濃度氨對粘膜有刺激作用，高濃度可造成組織溶解壞死。急性中毒：輕度者出現(xiàn)流淚、咽痛、聲音嘶啞、咳嗽、咯痰等；嚴重者可發(fā)生中毒性肺水腫，或有呼吸窘迫綜合征，患者劇烈咳嗽、咯大量粉紅色泡沫痰、呼吸窘迫、譫妄、昏迷、休克等。亦可發(fā)生喉頭水腫或支氣管粘膜壞死脫落窒息。高濃度氨還可引起反射性呼吸停止，液氨可致眼灼傷、皮膚灼傷等。

過噴的氨水對環(huán)境也有著巨大的負面影響。有資料顯示，我國氨的年排放約為1000萬噸左右，超過歐洲與美國氨排放的總和。氨氣成為大氣環(huán)境中含量最為豐富的堿性氣體，與SO₂轉化形成的硫酸和NO_X轉化形成的硝酸發(fā)生化學反應，生成硫酸銨與硝酸銨二次無機顆粒物。硫酸鹽、硝酸鹽及銨鹽約占PM2.5年均濃度的30%左右, 但在重污染過程中硫酸鹽、硝酸鹽及銨鹽合計占PM2.5年均濃度的比例高達60%以上，是重污染天氣二次無機顆粒物爆發(fā)式增長的重要前體物。PM2.5是構成霧霾的主要成分，因此，氨是造成霧霾的重要因素，氨逃逸引發(fā)了嚴重的霧霾問題。

由上可見，針對水泥行業(yè)NO_X的治理，現(xiàn)急需一種既能實現(xiàn)超低排放又能實現(xiàn)無氨脫硝的技術路線。

2一種新型無氨脫硝治理工藝：喜多(SIOD)離子發(fā)生器脫硝工藝

圖2-1 喜多（SIOD）離子發(fā)生器

圖2-2 離子發(fā)生器作為脫硝發(fā)生器入選鋼協(xié)團標文件

2.1喜多（SIOD）離子發(fā)生器脫硝技術原理及工藝

2.1.1 技術原理

喜多（SIOD）離子發(fā)生器作為脫硝的核心技術，是中晶環(huán)境獨立開發(fā)具有多項自主知識產權的工藝技術，具有效率高、運行可靠、占地面積小可靈活布置、可與高濃度SO2煙氣和其他脫硫工藝結合共同脫硫脫硝等特點。相比SNCR和SNCR+SCR技術而言，本工藝路線是一種可實現(xiàn)無氨脫硝的技術，同時它可脫除多種污染物，是在現(xiàn)有水泥生產工藝的基礎上，最大限度的利用現(xiàn)有設備，在實現(xiàn)煙氣凈化的同時保證原有水泥的產量和質量。

其技術原理是通過幾種簡單化學物質發(fā)生反應生成一種具有氧化性的氣體物質，并在脈沖低電壓的作用下產生電離離子，該離子具有強氧化作用，然后用空氣稀釋至一定比例并通過鼓風機送入煙道與煙氣混合，該離子與煙氣接觸后，將NO氧化為高價位氮氧化物，該離子對于NO和SO2的氧化有選擇性，其先氧化NO，過量后才會氧化SO₂，所以通過控制摩爾比，可控制該離子只氧化NO而不氧化SO₂。被氧化的NO變?yōu)楦邇r位氮氧化物后被后面噴入的還原劑還原，因此利用該離子發(fā)生器可以實現(xiàn)NO的超凈排放。

2.1.2 技術工藝

煙氣經過離子發(fā)生器被產生的氧化性離子氧化后，緊跟著與還原劑物料S接觸，在煙道內氧化后的高價氮氧化物與物料S充分混合反應，除去煙氣中的氮氧化物，達到脫硝的目的，脫硝后煙氣在旁路煙道與脫氨液接觸完成脫氨，脫硝脫氨后煙氣經布袋除塵器除塵后經風機從煙囪排入大氣。

脫氨液與氨氣反應生成銨鹽把氨固定下來，最后被布袋捕集。

化學反應方程式：

H₂SO₄ + NH₃ = NH₄HSO₄

H₂SO₄ + 2NH₃ = （NH₄）2SO₄

圖2-3 喜多（SIOD）離子發(fā)生器工藝原理圖

2.2 喜多（SIOD）離子發(fā)生器技術路線對比

表2-1 喜多（SIOD）與水泥行業(yè)SNCR、SNCR+SCR兩種技術路線對比

表2-2 喜多（SIOD）與水泥行業(yè)主要氮氧化物治理工藝對比

2.3喜多（SIOD）離子發(fā)生器技術特點

（1）無氨脫硝：拒絕氨逃逸、更環(huán)保、更安全、更健康；

（2）多污染物近零排放：在實現(xiàn)氮氧化物超低排放的同時，輕松滿足水泥窯危廢、固廢處置中的氟化物、二噁英、重金屬的協(xié)同脫除；

（3）循環(huán)利用：治理副產物可作為水泥生產原料添加到生料里面，對穩(wěn)定和提高水泥質量有幫助；

（4）輕松應對指標提升，不折騰；

（5）占地小，改造工程量低，快速部署；

（5）工程投資較SCR低40%，運營成本更低（3元/熟料.噸以內）。

3喜多（SIOD）離子發(fā)生器應用案例

3.1案例概述

以河南省某家水泥廠脫硝改造項目為例。采用喜多（SIOD）離子發(fā)生器對廠區(qū)內1#5500t/d水泥窯煙氣中氮氧化物進行深度治理，結合該水泥窯前端選擇性非催化還原脫硝工藝（SNCR），在尾部新增一套離子發(fā)生器脫硝裝置。

喜多（SIOD）離子發(fā)生器被安裝在高溫風機后面原煙氣段，發(fā)生器后安裝還原裝置，氧化劑和還原劑在煙道內與煙氣中的氮氧化物接觸反應達到凈化煙氣目的，經布袋除塵器除塵后凈化煙氣隨引風機進入煙囪排入大氣。

該項目1#5500t/d預熱器出口煙氣量約31.5萬Nm³/h，混合煙氣溫度275℃，已經裝有SNCR系統(tǒng)，改造前NO_X出口濃度約350 mg/Nm³，中晶環(huán)境設計改造后達NOX≤30 mg/Nm³、氨逃逸小于5ppm。

本工程脫硝技術采用中晶環(huán)境自主開發(fā)專利技術工藝，包括煙氣系統(tǒng)、原料儲存系統(tǒng)、制備系統(tǒng)、物料輸送系統(tǒng)、離子發(fā)生器系統(tǒng)、均布系統(tǒng)、檢修系統(tǒng)及配套的電氣系統(tǒng)、控制系統(tǒng)。脫硝劑為氣態(tài)強氧化劑，由固、液等幾種原料（固態(tài)原料需配套制漿、輸送設備；液體原料用罐車輸送至儲罐）經離子發(fā)生器制備輸送至原煙道中參與反應，反應后的煙氣繼續(xù)與還原劑接觸混合還原，還原系統(tǒng)包括原料儲存系統(tǒng)、制備系統(tǒng)、物料輸送系統(tǒng)，還原劑（中晶環(huán)境提供專用物料S）以液體經雙流體霧化噴槍送入煙道完成還原過程。

3.2 工藝流程圖

圖3-1 工藝流程圖

3.3 煙氣全成分檢測報告

圖3-2 煙氣全成分檢測報告

圖3-3 煙氣出口數據（實拍圖）

3.4 案例數據

圖3-4 出口煙氣數據

圖3-5 煙氣進出口NOX趨勢圖

圖3-6 出口煙氣污染物趨勢圖

4結束語

近日，國內多地先后出臺了2020年大氣污染防止計劃及新版重污染天氣應急預案，全國各省市對部分指標、預警等級進了調整。從目前河南、河北、安徽等地區(qū)公布的重污染天氣預警方案及《水泥工業(yè)大氣污染物超低排放標準》來看，國內各個地區(qū)在逐步收緊氮氧化物和脫硝系統(tǒng)氨逃逸的控制指標，這對于水泥工業(yè)的發(fā)展會生產很大的影響。

超低排放只是非電行業(yè)煙氣治理的一個新起點。無氨脫硝技術、多污染物協(xié)同治理技術、副產物可循環(huán)利用等技術則代表水泥、鋼鐵等非電行業(yè)未來煙氣治理技術的發(fā)展趨勢。相信會有越來越多的既符合中國國情又符合企業(yè)綠色發(fā)展需求的新技術不斷得以應用在煙氣治理領域，無氨脫硝未來可期。