浅析水泥工业烟气脱硝技术研究进展

浅析水泥工业烟气脱硝技术研究进展

蔡高红

若羌天山水泥有限责任公司 新疆巴州若羌 841800

摘要：水泥行业生产加工过程中将会排放大量的氮氧化合物，如果不能够严格管控将会造成温室效应、酸雨转型等问题出现。目前，氮氧化物排放问题和生态环境矛盾愈加激烈，烟气脱硝问题的解决迫在眉睫。针对水泥工业氮氧化物产生特点，介绍了当前水泥工业低氮燃烧技术、选择性非催化还原技术、选择性催化还原技术、饱和蒸汽低氨脱硝技术等烟气脱硝技术，并对水泥工业烟气脱硝技术进行了分析展望。

关键词：水泥工业；氮氧化物；烟气脱硝

引言

目前，我国工业大气污染物的排放来源以煤电、钢铁和水泥等工业为主。仅以氮氧化物排放来说，煤电工业已经完成氮氧化物超低排放改造，钢铁工业正在逐步推进超低排放技术改造，水泥工业已经远超煤电和钢铁工业，成为我国工业氮化物排放第一工业来源。如何有效降低水泥工业氮氧化物排放，成为现阶段水泥工业绿色发展面临的重大课题。

1脱硝关键

生产加工过程中排出烟气NOX主要成分是NO，占据了总成分的95%并且难于和水相融。高价态的NO2和N2O5都可以溶于水，具有良好的溶解能力能够减少污染物的排放。脱硝过程的效率关系着烟气脱硝的转化率。国外学者在研究实验过程中将臭氧加入到NO中发生氧化作用，在确保NO的摩尔比在0.9以上时使用NaOh溶液吸收，最终将其转化为N2，而对NOX的转化率达到了96%以上，二氧化硫甚至达到了百分百去除率。国内学者将O3注入到烟气中进行脱硝，使用碱来对烟气进行清洁。经过试验后发现NOX的脱除率和O3量的多少有关，当O3注入量超过250ppm则NOX的去除率在86%以上。通过这种方式甚至可以对NOX和SO2的去除率达到98%和百分百。使用臭氧氧化技术能够提高对NOX的去除效率，脱除范围高达95%以上并且能够在不同的氧化剂浓度下不影响效率，也不会出现泄漏影响环境和工作人员人身安全。此种技术的使用中二氧化硫和一氧化碳不会对去除NOX有影响，也不会对造成环境的污染。

2影响氧化反映的因素

一氧化碳和NO之间的摩尔数比例以及发生反应的时间时影响氧化的主要因素。根据我国相关调查研究表示NO的氧化效率和一氧化碳的升高呈正比，当一氧化碳含量不超过1时脱硝率能够达到86%。但是在实际实验中受到外部环境和其他物质的影响使得一氧化碳不能充分的和NO反应，因此为了保证脱硝效率需要增加摩尔比的数值。经过工作人员的实验研究发现，臭氧在气体中只要保持足够时间的停留就可以完成氧化反应。我国研究学者发现根据臭氧的特性在150℃环境中臭氧的反映分解率不高，无法更好的和NO反应。

3水泥工业烟气脱硝控制技术

3.1低氮燃烧技术

低氮燃烧技术是通过改变氧气浓度、燃烧温度、停留时间等燃烧条件的方法来降低氮氧化物的排放，主要包括低氮燃烧器技术、分级燃烧技术等。主要原理是通过在燃烧系统局部形成还原性气氛来减少热力型氮氧化物的生成，同时还可以利用固定碳、一氧化碳等还原性组分还原部分氮氧化物。

3.1.1低氮燃烧器技术

低氮燃烧器技术的基本原理是合理搭配一次空气量与二次空气量比例，尽量减少一次空气量通过燃烧器，同时充分利用来自窑头熟料冷却器的二次空气量。根据现有低氮燃烧器和燃烧控制技术水平，该方法一般能降低5%～30%的氮氧化物排放量。

3.1.2分级燃烧技术

分级燃烧技术的基本原理是在窑尾烟室和分解炉之间形成缺氧的还原气氛，建立还原燃烧区，产生一氧化碳、甲烷、氢气和固定碳等还原剂。窑尾烟气中的氮氧化物和这些还原剂发生还原反应，生成氮气。同时，煤粉在缺氧的条件下燃烧也抑制了燃料型氮氧化物的产生，从而降低了氮氧化物的排放。该技术一般能降低30%～50%的氮氧化物排放量，但是难以满足更高的排放标准。

3.2选择性非催化还原技术

选择性非催化还原技术（简称SNCR技术）原理是在温度850℃～1100℃区间内，在无催化剂条件下，利用氨水（浓度为25%～30%）或尿素溶液（浓度为5%～10%）等为还原剂（反应组分为NH3），选择性地将烟气中的氮氧化物还原为氮气和水等。主要化学反应方程为式（1）和（2）。影响水泥工业SNCR技术的脱硝效率的主要因素有反应温度、停留时间、还原剂的雾化效果、还原剂和烟气混合程度等。

3.3选择性催化还原技术

选择性催化还原技术（简称SCR技术）是在300℃～450℃的温度范围内，在催化剂的作用下，利用氨水、液氨、尿素等还原剂（起作用的组分皆为NH3）选择性地将烟气中的氮氧化物还原为氮气。主要化学反应方程为式（3）和（4）。广泛应用的催化剂以TiO2为载体，以V2O5或V2O5-WO3、V2O5-MoO3为活性成分。

3.4饱和蒸汽低氨脱硝技术

蒸汽低氨脱硝技术是一种新型的饱和水蒸汽低氨燃烧脱硝技术，利用余热锅炉产生的水蒸汽作为气化剂。水蒸汽与煤粉一起从分解炉下锥体部位输入，并与从回转窑进入该部位的含有大量氮氧化物的高温烟气混合，高温气化产生一氧化碳、氢气、甲烷等还原性气体。在借助生料中氧化钙等碱性金属氧化物的催化作用下，将烟气中的氮氧化物还原为氮气。

4水泥工业烟气脱硝技术展望

低氮燃烧技术是当前应用最广、使用简单且经济有效的烟气脱硝控制技术，已经普遍应用于水泥工业。但是作为一种前端控制措施，受煤粉质量、燃烧条件等因素限制，运行效果不稳定，其脱硝效率仅为30%～50%，难以满足更高的排放标准要求。SNCR脱硝技术工艺与装备简单，国内水泥生产线都已经运用了该技术，且成熟稳定，系统运行阻力小，电耗低。受喷氨部位、氨与烟气混合程度、反应温度、停留时间等因素影响，SNCR脱硝效率较低，一般为60%左右，仅能满足现行《水泥工业大气污染物排放标准》，不能满足超低排放标准要求。同时，SNCR技术氨水用量较大，利用率仅为50%～60%，且存在氨逃逸现象，氨排放容易超标。SCR脱硝技术是一种高效的烟气脱硝方法，脱硝效率可达89%～90%，能够满足超低排放标准的要求。根据SCR脱硝反应器安装位置的不同，可以分为3种不同的工艺流程，即高温高尘布置方式、高温低尘布置方式、低温低尘布置方式。目前，工业应用的大多数技术成熟且性能可靠的烟气脱硝催化剂的适宜温度范围为320℃～420℃，因此SCR脱硝反应器大多选择高温高尘布置。

结束语

随着水泥工业烟气脱硝技术的逐步发展和大规模应用，我国水泥工业氮氧化物排放总量逐年降低，但是减排幅度仍远远小于煤电工业。水泥工业关系国家基础建设和国计民生，因此，水泥工业烟气脱硝不仅要考虑技术可行性，还需要考虑社会经济成本和环境综合效益。深入系统研究水泥生产过程中氮氧化物的生成机理及影响因素，不断研发适用于水泥生产工艺的烟气脱硝技术，是水泥工业绿色可持续发展，推进生态文明建设的必然要求。

参考文献

[1]查少翔.水泥行业脱硝技术应用研究[C].建筑材料工业技术情报研究所,2012.

[2]屈荷叶,李海波.水泥SCR脱硝前置高温电除尘器应用技术探讨[J].水泥.2019,(12)：50-52.

[3]张立娟,盖楠楠,宋杨,李国会,马婧.秦皇岛地区水泥行业烟气脱硝处理策略研究[J].产业与科技论坛.2015,14(18)：73-74.

[4]尤振丰,丁明,方文仓,等.水泥行业烟气脱硝技术综述及展望[J].广东建材,2013,29(005):29-33.