我國(guó)水泥廠脫硝技術(shù)現(xiàn)狀及展望

目前，中國(guó)水泥生產(chǎn)行業(yè)發(fā)展迅速，其氮氧化物排放量逐年增加。氮氧化物作為一種高活性和高氧化性污染物，也是酸沉降，土壤污染和水體富營(yíng)養(yǎng)化等環(huán)境問(wèn)題的重要因素。這些問(wèn)題嚴(yán)重威脅著人們的健康，因此控制氮氧化物變得至關(guān)重要。人們可以使用脫硝技術(shù)來(lái)有效減少水泥生產(chǎn)來(lái)源的氮氧化物排放。但是，會(huì)出現(xiàn)一系列新的環(huán)境問(wèn)題，人們只有通過(guò)適當(dāng)?shù)念A(yù)防工作才能有效減少脫硝技術(shù)對(duì)生態(tài)環(huán)境的負(fù)面影響。

脫硝技術(shù)使用氨（NH₃）作為還原劑將煙道氣從原始系統(tǒng)煙道的適當(dāng)區(qū)域提取到新反應(yīng)器。在反應(yīng)器中提供催化劑，并在遠(yuǎn)離反應(yīng)器的上游煙道中提供還原劑注入系統(tǒng)（槍），將氨和煙道氣充分均勻混合，然后進(jìn)入反應(yīng)器，生成N₂和H₂O。脫硝效率一般可達(dá)到90%以上。

由于脫硝技術(shù)使用原始設(shè)備（如分解爐）作為反應(yīng)器，脫硝技術(shù)需要新的反應(yīng)器。將原始煙道氣引入反應(yīng)器，然后在脫硝后送回原始煙道。這需要改造原始風(fēng)扇系統(tǒng)。此外，脫硝技術(shù)需要使用催化劑，系統(tǒng)更復(fù)雜，維護(hù)和維護(hù)更麻煩。因此，它在投資和運(yùn)營(yíng)成本方面要高得多。

一、水泥廠脫硝技術(shù)種類

1.1低NOx燃燒器

目前，低NOx燃燒器在我國(guó)有很多應(yīng)用，但效果受窯工況的影響很大。它需要與其他煙氣脫硝技術(shù)相結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)高脫硝率。

1.2選擇性催化還原（SCR）法

SCR脫硝方法在催化劑作用下在300-450℃下將煙道氣中的NOx還原為N₂。SCR方法具有脫氮效率高的優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于電廠鍋爐脫硝。然而，由于SCR反應(yīng)溫度范圍和粉塵含量的特殊要求，它很少用于水泥生產(chǎn)線。主要原因?yàn)椋?/p>

（1）窯爐煙氣通常用于余熱發(fā)電，余熱發(fā)電系統(tǒng)的煙氣溫度不能滿足SCR的溫度要求;

（2）一次性投資大，貴金屬催化劑必須每三年更換一次，運(yùn)行成本高。

（3）窯煙氣中高濃度的粉塵和有害元素容易引起催化劑堵塞和中毒;

（4）催化劑增加煙氣，使窯系統(tǒng)的排氣阻力增加500~1000Pa;

（5）基本上沒(méi)有空間用于將SCR催化劑框架布置在窯尾框架周圍。

1.3分級(jí)燃燒技術(shù)

空氣分級(jí)燃燒也是更常用的低NOx燃燒技術(shù)之一。燃燒支持的空氣分級(jí)燃燒技術(shù)的基本原理是：將燃燒所需的空氣量分為兩個(gè)階段，使第一階段燃燒區(qū)（還原區(qū)）的空氣過(guò)剩率小于1，燃料首先在缺氧條件下燃燒，導(dǎo)致燃燒速率和溫度降低，從而抑制熱氮氧化物的形成。同時(shí)，缺氧燃燒產(chǎn)生CO，CH₄，H₂，HCN和其他還原劑以與NOx反應(yīng)以抑制燃料氮氧化物的形成。在二次燃燒區(qū)（燃盡區(qū)），它變成富氧燃燒區(qū)。此時(shí)，空氣量大，一些中間產(chǎn)物被氧化形成NOx，但燃燒溫度低于常規(guī)燃燒溫度，產(chǎn)生的NOx量少。然而，分級(jí)燃燒脫氮技術(shù)缺點(diǎn)在于，脫氮效率低于30%，一次投資大。因此可與SNCR方法同時(shí)使用，以更低的運(yùn)營(yíng)成本實(shí)現(xiàn)更高的脫硝率。

二、水泥廠脫硝技術(shù)現(xiàn)狀

2.1新增逃逸氨氣對(duì)環(huán)境的影響

現(xiàn)在，一些新的脫硝技術(shù)不斷用于水泥生產(chǎn)。雖然它們能有效減少氮氧化物的排放，但一些新污染物的出現(xiàn)對(duì)環(huán)境有一定的負(fù)面影響。研究表明，在安裝脫氮裝置后，新的脫硝技術(shù)為污染物添加了新的氨污染物。逸出氨意味著部分氣體不與氮氧化物反應(yīng)并在還原反應(yīng)過(guò)程中流入空氣中。這些逸出的氨氣導(dǎo)致出現(xiàn)硫酸銨或其他銨鹽，這會(huì)堵塞和腐蝕諸如空氣預(yù)熱器等設(shè)備。如果這些逃逸的氨氣和飛灰相互吸附，也會(huì)影響粉煤灰的處理工作，其排放的氨氣味將嚴(yán)重影響水泥廠附近居民的正常生活。

2.2脫硝裝置引起的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題

脫硝技術(shù)在水泥生產(chǎn)中的應(yīng)用也將帶來(lái)一定的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。如果使用氨作為還原劑，其運(yùn)輸和儲(chǔ)存很容易對(duì)生態(tài)環(huán)境構(gòu)成威脅。主要原因是氨水的性質(zhì)不同于其他還原劑，具有強(qiáng)烈的刺激性氣味，易溶于水，具有一定的毒性，還會(huì)腐蝕人體皮膚甚至窒息人。氨水容易分解成氨氣，分解速率與空氣溫度成正比。一旦氨水在儲(chǔ)存或運(yùn)輸過(guò)程中泄漏，很容易引起爆炸事故并對(duì)周圍環(huán)境構(gòu)成嚴(yán)重威脅。

三、解決對(duì)策

3.1逃逸氨氣的控制措施

目前，脫硝技術(shù)在水泥生產(chǎn)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。因此，采取適當(dāng)?shù)念A(yù)防措施至關(guān)重要。首先，有必要適當(dāng)控制氨的逸出，以避免影響周圍環(huán)境。人們可以在爐內(nèi)噴灑合適的還原劑，嚴(yán)格控制反應(yīng)條件，如溫度和停留時(shí)間。一旦溫度太低，氮氧化物就不能與還原劑充分反應(yīng)形成逸出氨。因此，有必要嚴(yán)格控制SCNR系統(tǒng)中的噴射系統(tǒng)，以確保還原劑的噴射量和還原劑的分布滿足相關(guān)要求。其次，要不斷完善控制系統(tǒng)，優(yōu)化相應(yīng)的工藝，降低氨逃逸的概率。

3.2嚴(yán)格實(shí)施精細(xì)化操作

窯排氣室的氧含量越低，分級(jí)燃燒的脫氮效果越好。水泥廠研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)窯尾氧含量高于3.5時(shí)，脫硝效率顯著降低。因此，必須通過(guò)全面提高生產(chǎn)管理水平和精細(xì)化操作水平來(lái)確保，這對(duì)許多水泥廠來(lái)說(shuō)是一個(gè)挑戰(zhàn)。

水泥廠通過(guò)優(yōu)化回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)的煅燒系統(tǒng)來(lái)控制火焰的形狀和適當(dāng)?shù)撵褵郎囟纫詼p少NOx。在不影響熟料質(zhì)量的前提下，降低窯尾主排風(fēng)扇的速度，減少系統(tǒng)的風(fēng)耗，增加風(fēng)量，盡可能降低空氣過(guò)剩系數(shù);適當(dāng)減少窯中供給的煤量，增加供給分解爐的煤量，使NOx排放濃度控制在800mg/Nm³以下，降低系統(tǒng)阻力。在確保脫硝效率的同時(shí)，可以降低熟料燃燒能耗，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排效果。

3.3優(yōu)化操作SNCR煙氣脫硝系統(tǒng)

為了滿足脫硝要求，水泥廠應(yīng)仔細(xì)總結(jié)加濕塔的操作經(jīng)驗(yàn)，以處理窯廢氣。在SNCR煙氣脫硝設(shè)施中，前噴射系統(tǒng)配備8-16根噴槍（根據(jù)窯型確定），具有良好的霧化效果和抗堵塞功能。每個(gè)噴槍的流量調(diào)節(jié)范圍為20至200L/h，為熟料生產(chǎn)線的特性設(shè)定科學(xué)合理的NH³/NOx摩爾比。采用濃度為20%氨水，脫硝效率高，運(yùn)行成本低，運(yùn)輸和儲(chǔ)存安全性好，作為還原劑供應(yīng)充足。通過(guò)PLC控制系統(tǒng)，SNCR運(yùn)行參數(shù)顯示在中央控制操作室的計(jì)算機(jī)屏幕上，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)監(jiān)控的目的。根據(jù)在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)控制氨噴射量，以確?？刂芅Ox排放濃度和氨泄漏。

3.4成功實(shí)施配套改造

根據(jù)原系統(tǒng)的需要，應(yīng)該調(diào)整三次風(fēng)進(jìn)口面積和風(fēng)速進(jìn)爐;根據(jù)原系統(tǒng)的運(yùn)行情況，調(diào)整沖裁點(diǎn)的位置，使原料沿分解爐錐體內(nèi)部向下滑動(dòng)，從而避免分解錐體內(nèi)的不良現(xiàn)象。在上升煙道與分解爐錐度的連接處設(shè)計(jì)曲面升降臺(tái)，以防止材料坍塌。

四、結(jié)束語(yǔ)

近年來(lái)，中國(guó)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，也帶動(dòng)了城市建筑業(yè)的發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)水泥的需求不斷增加。在應(yīng)用水泥脫硝技術(shù)的過(guò)程中，人們必須全面分析脫硝技術(shù)對(duì)環(huán)境的影響，然后采取有效的對(duì)策。促進(jìn)水泥生產(chǎn)，減少環(huán)境污染和危害，實(shí)現(xiàn)人與自然的和諧發(fā)展。

中國(guó)水泥網(wǎng)定于2020年8月25-26日在浙江湖州召開"2020中國(guó)水泥行業(yè)超潔凈排放技術(shù)交流大會(huì)”，聯(lián)合業(yè)內(nèi)同仁，探討更高效，更經(jīng)濟(jì)的水泥行業(yè)超低排放實(shí)施方案，推動(dòng)行業(yè)綠色高質(zhì)量發(fā)展。會(huì)后將組織參觀“湖州槐坎南方水泥二代干法示范線項(xiàng)目”。