喜多（SIOD）水泥行業(yè)無(wú)氨脫硝新趨勢(shì)

氨作為一種脫硝劑被廣泛應(yīng)用在水泥、火電、鋼鐵等行業(yè)的氮氧化物治理中。同時(shí)，氨也是一種危險(xiǎn)化學(xué)品，其對(duì)環(huán)境、員工健康、生產(chǎn)安全都有著不小的危害。本文向大家介紹一種可廣泛應(yīng)用在水泥、火電、鋼鐵等行業(yè)無(wú)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(shù)優(yōu)勢(shì)和煙氣應(yīng)用的案例。

1.1我國(guó)水泥行業(yè)市場(chǎng)情況及特點(diǎn)

中國(guó)是水泥生產(chǎn)大國(guó)，由于需求增長(zhǎng)，供給緊張，2019年水泥行情再創(chuàng)新高，據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，水泥行業(yè)全國(guó)整年利潤(rùn)1867億，同比增長(zhǎng)19.6%，全國(guó)水泥產(chǎn)量達(dá)到23.5億噸，同比增長(zhǎng)6.1%，是近5年以來(lái)增長(zhǎng)最快的一年。

圖1-1 我國(guó)近五年水泥產(chǎn)量

水泥生產(chǎn)過(guò)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(chǎn)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(wàn)噸左右，約占全國(guó)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(guó)水泥行業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)及政策

1.2.1國(guó)家及地方現(xiàn)行排放標(biāo)準(zhǔn)及政策（單位：mg/m³）

表1-1國(guó)家及地方現(xiàn)行排放標(biāo)準(zhǔn)及政策

1.2.2地方超低排放標(biāo)準(zhǔn)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(guān)于《水泥行業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》征求意見(jiàn)稿。根據(jù)排放標(biāo)準(zhǔn)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(chǎn)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(biāo)準(zhǔn)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?yàn)镹O_X排放不達(dá)標(biāo)被迫錯(cuò)峰生產(chǎn)或停產(chǎn)，經(jīng)濟(jì)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(guó)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(nèi)，目前市場(chǎng)上多種脫硫工藝比較成熟，二氧化硫排放很容易達(dá)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(diǎn)與難點(diǎn)。

1.3.1水泥行業(yè)NO_X來(lái)源

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

1.3.2水泥行業(yè)脫硝技術(shù)應(yīng)用情況

水泥生產(chǎn)過(guò)程中窯尾段會(huì)產(chǎn)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(diǎn)。目前在水泥行業(yè)NO_X末端治理技術(shù)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(shù)

SNCR技術(shù)是目前水泥行業(yè)最成熟、采用最多的末端治理技術(shù)，優(yōu)點(diǎn)就是投資少、裝置簡(jiǎn)單、過(guò)程中無(wú)需使用催化劑，但是它也有自己的不足，其脫除效率較低、對(duì)煙氣溫度的要求高、氣凝膠設(shè)備容易造成腐蝕、無(wú)法實(shí)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(chǎn)生氨逃逸的現(xiàn)象，直接導(dǎo)致了二次污染。

1.3.2.2 SNCR+電除塵+SCR技術(shù)

SCR技術(shù)是國(guó)外同行借鑒傳統(tǒng)脫硝工藝的基礎(chǔ)上提出來(lái)的，優(yōu)點(diǎn)是脫硝的效率高、對(duì)煙溫的要求低、并且可以實(shí)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(dǎo)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(shù)所使用的催化劑能否在水泥行業(yè)中長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，還有待考察。

上述兩種技術(shù)路線都有一個(gè)通病，那就是會(huì)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(dá)到超低排放指標(biāo)，往往采用過(guò)量噴氨或者多級(jí)噴氨的方式治理氮氧化物，結(jié)果導(dǎo)致大量的氨逃逸。逃逸的氨對(duì)環(huán)境和健康危害都十分巨大，且氨的制備與存儲(chǔ)屬于高風(fēng)險(xiǎn)、高能耗、高污染的過(guò)程，需要遠(yuǎn)離人口稠密區(qū)與生產(chǎn)區(qū)。

氨可對(duì)水體、土壤和大氣造成嚴(yán)重污染，屬第2.3類易燃易爆的有毒氣體。低濃度氨對(duì)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(yán)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(guò)噴的氨水對(duì)環(huán)境也有著巨大的負(fù)面影響。有資料顯示，我國(guó)氨的年排放約為1000萬(wàn)噸左右，超過(guò)歐洲與美國(guó)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(zhuǎn)化形成的硫酸和NO_X轉(zhuǎn)化形成的硝酸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成硫酸銨與硝酸銨二次無(wú)機(jī)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(guò)程中硫酸鹽、硝酸鹽及銨鹽合計(jì)占PM2.5年均濃度的比例高達(dá)60%以上，是重污染天氣二次無(wú)機(jī)顆粒物爆發(fā)式增長(zhǎng)的重要前體物。PM2.5是構(gòu)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(yán)重的霧霾問(wèn)題。

由上可見(jiàn)，針對(duì)水泥行業(yè)NO_X的治理，現(xiàn)急需一種既能實(shí)現(xiàn)超低排放又能實(shí)現(xiàn)無(wú)氨脫硝的技術(shù)路線。

2一種新型無(wú)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(tuán)標(biāo)文件

2.1喜多（SIOD）離子發(fā)生器脫硝技術(shù)原理及工藝

2.1.1 技術(shù)原理

喜多（SIOD）離子發(fā)生器作為脫硝的核心技術(shù)，是中晶環(huán)境獨(dú)立開(kāi)發(fā)具有多項(xiàng)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的工藝技術(shù)，具有效率高、運(yùn)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(jié)合共同脫硫脫硝等特點(diǎn)。相比SNCR和SNCR+SCR技術(shù)而言，本工藝路線是一種可實(shí)現(xiàn)無(wú)氨脫硝的技術(shù)，同時(shí)它可脫除多種污染物，是在現(xiàn)有水泥生產(chǎn)工藝的基礎(chǔ)上，最大限度的利用現(xiàn)有設(shè)備，在實(shí)現(xiàn)煙氣凈化的同時(shí)保證原有水泥的產(chǎn)量和質(zhì)量。

其技術(shù)原理是通過(guò)幾種簡(jiǎn)單化學(xué)物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)生成一種具有氧化性的氣體物質(zhì)，并在脈沖低電壓的作用下產(chǎn)生電離離子，該離子具有強(qiáng)氧化作用，然后用空氣稀釋至一定比例并通過(guò)鼓風(fēng)機(jī)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(jià)位氮氧化物，該離子對(duì)于NO和SO2的氧化有選擇性，其先氧化NO，過(guò)量后才會(huì)氧化SO₂，所以通過(guò)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(jià)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(shí)現(xiàn)NO的超凈排放。

2.1.2 技術(shù)工藝

煙氣經(jīng)過(guò)離子發(fā)生器被產(chǎn)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(nèi)氧化后的高價(jià)氮氧化物與物料S充分混合反應(yīng)，除去煙氣中的氮氧化物，達(dá)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(jīng)布袋除塵器除塵后經(jīng)風(fēng)機(jī)從煙囪排入大氣。

脫氨液與氨氣反應(yīng)生成銨鹽把氨固定下來(lái)，最后被布袋捕集。

化學(xué)反應(yīng)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(shù)路線對(duì)比

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

表2-2 喜多（SIOD）與水泥行業(yè)主要氮氧化物治理工藝對(duì)比

2.3喜多（SIOD）離子發(fā)生器技術(shù)特點(diǎn)

（1）無(wú)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(shí)現(xiàn)氮氧化物超低排放的同時(shí)，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(chǎn)物可作為水泥生產(chǎn)原料添加到生料里面，對(duì)穩(wěn)定和提高水泥質(zhì)量有幫助；

（4）輕松應(yīng)對(duì)指標(biāo)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(yùn)營(yíng)成本更低（3元/熟料.噸以內(nèi)）。

3喜多（SIOD）離子發(fā)生器應(yīng)用案例

3.1案例概述

以河南省某家水泥廠脫硝改造項(xiàng)目為例。采用喜多（SIOD）離子發(fā)生器對(duì)廠區(qū)內(nèi)1#5500t/d水泥窯煙氣中氮氧化物進(jìn)行深度治理，結(jié)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(fēng)機(jī)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(nèi)與煙氣中的氮氧化物接觸反應(yīng)達(dá)到凈化煙氣目的，經(jīng)布袋除塵器除塵后凈化煙氣隨引風(fēng)機(jī)進(jìn)入煙囪排入大氣。

該項(xiàng)目1#5500t/d預(yù)熱器出口煙氣量約31.5萬(wàn)Nm³/h，混合煙氣溫度275℃，已經(jīng)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(shè)計(jì)改造后達(dá)NOX≤30 mg/Nm³、氨逃逸小于5ppm。

本工程脫硝技術(shù)采用中晶環(huán)境自主開(kāi)發(fā)專利技術(shù)工藝，包括煙氣系統(tǒng)、原料儲(chǔ)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(qiáng)氧化劑，由固、液等幾種原料（固態(tài)原料需配套制漿、輸送設(shè)備；液體原料用罐車輸送至儲(chǔ)罐）經(jīng)離子發(fā)生器制備輸送至原煙道中參與反應(yīng)，反應(yīng)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(chǔ)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(jīng)雙流體霧化噴槍送入煙道完成還原過(guò)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(cè)報(bào)告

圖3-2 煙氣全成分檢測(cè)報(bào)告

圖3-3 煙氣出口數(shù)據(jù)（實(shí)拍圖）

3.4 案例數(shù)據(jù)

圖3-4 出口煙氣數(shù)據(jù)

圖3-5 煙氣進(jìn)出口NOX趨勢(shì)圖

圖3-6 出口煙氣污染物趨勢(shì)圖

4結(jié)束語(yǔ)

近日，國(guó)內(nèi)多地先后出臺(tái)了2020年大氣污染防止計(jì)劃及新版重污染天氣應(yīng)急預(yù)案，全國(guó)各省市對(duì)部分指標(biāo)、預(yù)警等級(jí)進(jìn)了調(diào)整。從目前河南、河北、安徽等地區(qū)公布的重污染天氣預(yù)警方案及《水泥工業(yè)大氣污染物超低排放標(biāo)準(zhǔn)》來(lái)看，國(guó)內(nèi)各個(gè)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(biāo)，這對(duì)于水泥工業(yè)的發(fā)展會(huì)生產(chǎn)很大的影響。

超低排放只是非電行業(yè)煙氣治理的一個(gè)新起點(diǎn)。無(wú)氨脫硝技術(shù)、多污染物協(xié)同治理技術(shù)、副產(chǎn)物可循環(huán)利用等技術(shù)則代表水泥、鋼鐵等非電行業(yè)未來(lái)煙氣治理技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。相信會(huì)有越來(lái)越多的既符合中國(guó)國(guó)情又符合企業(yè)綠色發(fā)展需求的新技術(shù)不斷得以應(yīng)用在煙氣治理領(lǐng)域，無(wú)氨脫硝未來(lái)可期。