水泥行业脱硝工艺技术分析

水泥行业脱硝工艺技术分析

朱晓英,马兰

新疆米东天山水泥有限责任公司       830001

摘要：随着水泥工业的发展，水泥生产中的烟雾污染问题也作为世界范围的问题被尖锐提出，水泥行业脱硝工艺技术也得到了进一步重视。脱硝工艺是指为防止炉内煤燃烧时会产生大量氮氧化物对环境造成污染，对煤进行防污染处理的过程。本文主要以NOx的生成原理为核心，进一步对NOx控制技术与应用展开探讨，以期为我国水泥行业脱销工艺的应用以及环境优化提供参考。

关键词：水泥行业；脱硝工艺；防污染处理；分级燃烧技术

目前我国大部分地区出现严重雾霾对空气造成污染，环境的重要性逐渐得到了人们的重视。大气环境与人民生活质量与身体健康息息相关，进入“十二五”后，环保形势的变化对水泥行业脱硝工艺，特别是氮氧化物的排放提出重点要求。为达到规划排放目标，水泥生产厂家加强了脱硝技术的应用，以此作为基础，以下是对现阶段水泥行业脱硝工艺做出分析与归纳。

一、NOx的生成原理

水泥的生产过程中离不开煤的燃烧，燃烧煤粉就会产生大量有害气体，为数最多的是NOx，例如一氧化氮，一氧化二氮等。其中一氧化氮占比95%以上，因此，研究一氧化氮的生成是控制氮氧化物排放的重点。燃烧型NOx是指燃煤中含有的氮化物在燃烧中氧化形成的有害气体，其产量与燃烧温度、氧气含量、反应时间等有重要联系，氧气含量越多，反应时间越长，一氧化氮生成量就会越多。而热力型的NOx是空气中的氮气通过高温发生反应，其反应的发生与温度有关，温度越高，反应速度越快，一氧化氮就会越多。现阶段水泥煅烧主要采用炉外分解技术，将部分燃料转移到温度较低的分解炉燃烧，这是燃料型氮氧化物产生的主要场所。而转回窑内的燃料温度高，则是热力型氮氧化物的主要生成场所。

二、NOx控制技术与应用分析

（一）分级燃烧技术

分级燃烧主要通过两个阶段进行，在第一阶段主要减少煤粉燃烧区域的氧气，使煤粉燃烧过程中生成一氧化碳，氰气和氢氰酸类产物，使其与一氧化氮进行还原反应，从而控制氮氧化物的产生，也能够有效控制窑生成热力型氮氧化物。接下来在第二阶段使煤粉在富含充足氧气的环境下燃烧，温度相对降低时，虽然依旧会有部分氮化合物会被氧化生成一氧化氮，但可以保证氮氧化物的总产量相对降低[1]。分级燃烧技术脱硝效率在百分之二十到百分之三十，氮氧化物的排放量可以控制在每立方米600毫克。

（二）选择性非催化还原技术

 选择性非催化还原也称为SNCR，一种燃烧后的处理方式将尿素放进分解炉，分解后产生羰基和氨基，在不使用催化剂的情况下将有毒的氮氧化物转化成无毒的氮气和水。主要发生的反应是氨基和一氧化氮反应生成氮气和水，一氧化碳和一氧化氮反应生成氮气和二氧化碳，这是以尿素为还原剂的SNCR反应。以氨水为还原剂的SNCR反应主要是由氨气，一氧化氮和氧气反应生成氮气和水。SNCR反应的关键因素有：反应温度、氨氮摩尔比、氮氧化物初始浓度、氧气浓度以及停留时间等。选择性非催化还原技术能够将脱硝效率控制在百分之四十到百分之七十，氮氧化物的排放量在每立方米300毫克。

（三）选择性催化还原技术

选择性催化还原也称为SCR，主要依靠催化剂来进行反应的，催化剂的主要成分有二氧化钛以及五氧化二钒。利用还原剂CO(NH2)2和NH3来与NOx反应并生成氮气和水。SCR对温度的要求在300摄氏度到400摄氏度，也可以在废气管道上安装SCR反应器，同时加入CO(NH2)2和NH3进行脱硝。SCR脱硝效率能够达到百分之八十到百分之九十，并且氮氧化物的排放量能够控制在每立方米200毫克以内。

（四）低氮燃烧器

低氮燃烧器主要应用在水泥窑中，在窑头安装低氮燃烧器，通过提高风喷出的速度以及喷出的动量和降低风用量，提高卷吸高温二次风的能力达到降低空气和O2浓度，运用这种方法将煤燃烧的过程中始终处于低氧环境，从而降低氮氧化物产量。低氮燃烧器脱硝效率在百分之五到百分之十五，氮氧化物的排放量大约在每立方米700毫克。

（五）以上NOx控制技术的应用对比及优缺点分析

1.分级燃烧

    分级燃烧的优点是操作方式简单，对于厂区空间占用相对较少，成本低，维护方式相对简单，对煅烧熟料以及水泥的生产影响较小。但也存在弊端，比如：安装时需要暂停水泥窑工作，且安装时间较长，脱硝程度容易受到煅烧系统变化情况影响，同时效率随之波动。分级燃烧技术分为两种形式，两者之间还原气氛方式不同但脱硝效果没有显著区别。

2.SNCR

    SNCR相对SCR资金需求较少且技术较为成熟，脱硝效率高，容易控制，对煅烧熟料以及水泥的生产同样没有太大影响，并且性价比较高。SNCR所存在的弊端是占用厂区空间大，NH3是一种气味大且危险的化学药品，使用时需要采取一定的安全防护措施，较为麻烦，维护所取成本高且会造成熟料煅烧时的热损耗。NH3是危险物品运输储存使用会受到较多严格限制，工艺流程相对较为复杂。

3.SCR

    SCR又称为选择性催化还原剂，其脱硝效率最高，相对SNCR处理有害气体量最大。但同时其对资金的充足量要求最高，且需要运用催化剂，水泥行业工厂在运行过程中会产生大量粉尘，容易导致催化剂失效，或与其他气体发生不必要的反应。SCR相较SCNR技术不够成熟，在我国水泥行业暂时没有得到普及和运用[2]。

4.低氮燃烧器

    低氮燃烧器无需建设费用，维护成本相对其他三种水泥脱硝技术来说运行维护成本最低，只需定期检修以及更换设备。低氮燃烧器存在的不足相对于其他技术更多，比如脱硝效率容易受到其他因素影响，脱硝效率差，价格相对市场普通燃烧器更高，由于其脱硝原理是降低含氧量，容易产生许多复原性气体，导致灰熔点下降，甚至会造成冷渣斗结焦的现象。

三、结束语

环境污染需要全国人民各行各业共同努力，在相关行业减少环境影响的同时也需要广大人民群众的监督与保护。水泥行业脱硝工艺技术的不断发展即能有效降低水泥生产时对环境的影响，又能使生产成本得到显著降低，在氮氧化物减少排放量的方面，工厂应该积极配合，并不断对脱销技术进行创新和改良，如此一来，才能切实实现企业与环境共同进步。

参考文献

[1]许小雷.水泥行业应对烟气脱硝的技术路线与措施[J].四川水泥,2021(06):3-4.

[2]潘伟东,张继雄.智能高效脱销系统在水泥生产上的应用[J].水泥技术,2020(02):79-81.