淺談水泥廠氮氧化物及控制

　　在過去的十年中，我國(guó)水泥工業(yè)迅猛發(fā)展，平均年增長(zhǎng)率在10％以上。全國(guó)水泥行業(yè)年排放氮氧化物約200萬(wàn)噸，占全國(guó)氮氧化物排放量的10%左右，隨著水泥行業(yè)落后產(chǎn)能淘汰工作的推進(jìn)，新型干法窯的使用比例將大幅增加。在提高能源使用效率的同時(shí)，由于燃燒溫度高等原因，氮氧化物排放也持續(xù)上升，由此帶來了巨大的環(huán)境保護(hù)壓力。

　　水泥生產(chǎn)過程產(chǎn)生的氮氧化物，其含量達(dá)到500~1200 mg/Nm3。氮氧化物（NOx）是大氣的主要污染物之一，包括NO、NO2、N2O、N2O3、N2O5 等多種氮的氧化物，燃煤窯爐排放的NOx 中絕大部分是NO。NO的毒性不是很大，但是在大氣中NO可以氧化生成NO2。NO2比較穩(wěn)定，其毒性是NO的4～5倍?？諝庵蠳O2的含量在3.5×10‐6（體積分?jǐn)?shù)）持續(xù)1h，就開始對(duì)人體有影響；含量為（20～50）×10‐6 時(shí)，對(duì)人眼有刺激作用。含量達(dá)到150×10‐6 時(shí)，對(duì)人體器官產(chǎn)生強(qiáng)烈的刺激作用。這種細(xì)顆粒被吸入人體后會(huì)直接進(jìn)入支氣管，干擾肺部的氣體交換，引發(fā)包括哮喘、支氣管炎和心血管病等方面的疾病。此外，NOx 還導(dǎo)致光化學(xué)煙霧和酸雨的形成。由于大氣的氧化性，NOx 在大氣中可形成硝酸（HNO3）和硝酸鹽細(xì)顆粒物，同硫酸（H2SO4）和硫酸鹽顆粒物一起，易加速區(qū)域性酸雨的惡化。由此，我國(guó)將推進(jìn)以水泥行業(yè)為主的氮氧化物排放控制。

　　十二五期間，我國(guó)將NOx納入主要污染物總量減排四項(xiàng)約束性指標(biāo)之一，據(jù)統(tǒng)計(jì)，燃煤電廠、水泥企業(yè)的NOx排放量約占全國(guó)NOx年排放總量的60%，成為十二五NOx減排的重點(diǎn)領(lǐng)域。目前NOx污染治理主要采用低氮燃燒和煙氣脫硝兩種措施，低氮燃燒控制技術(shù)脫硝效率不高，而煙氣脫硝工藝在國(guó)外已較為成熟，因此結(jié)合我國(guó)實(shí)際情況，作為NOx污染控制主要技術(shù)的煙氣脫硝已逐漸成為煙氣脫硝主流技術(shù)。

　　現(xiàn)在國(guó)內(nèi)較認(rèn)可的主要煙氣脫硝技術(shù)，為選擇性非催化劑還原脫硝技術(shù)，即SNCR工藝。 沈陽(yáng)信成科技公司生產(chǎn)的SNCR脫硝系統(tǒng)是一種不使用催化劑，在850℃～ 1100℃溫度范圍內(nèi)，與NOx發(fā)生還原反應(yīng)生成N2和H2O的方法。工藝流程見圖1。其工程有占地面積小，造價(jià)低、布置簡(jiǎn)易、運(yùn)行成本較小、安裝及操作較易的特點(diǎn)，比較適合水泥爐窯的脫硝。

　　圖1   SNCR工藝流程圖

　　SNCR脫硝還原劑一般有四種：無(wú)水氨、氨水、碳酸氫銨以及尿素，下表1為用于SNCR脫硝工程時(shí)各種還原劑的優(yōu)缺點(diǎn)。實(shí)用液氨的運(yùn)行費(fèi)用最低，但是，據(jù)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》規(guī)定，屬于乙類：根據(jù)GB50058《爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，氨氣屬于IIATl級(jí)組，也就是說，是最低的爆炸危險(xiǎn)級(jí)組。氨的毒性，根據(jù)GB5044-85《職業(yè)性接觸毒特危害程度分級(jí)》規(guī)定，屬于Iv級(jí)(輕度危害)，最高允許濃度10mg/m3；氨水溶液(質(zhì)量濃度通常為20%~25%)揮發(fā)性高，有強(qiáng)烈的刺激性氣味。根據(jù)國(guó)標(biāo)GB12268《危險(xiǎn)貨物品名表》，氨水和液氨都屬于危險(xiǎn)化學(xué)品。氨溶液用量超過10噸的單位列為重大危險(xiǎn)源(《危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源辨識(shí)》GB18218-2009)。因此在氨的儲(chǔ)存、輸運(yùn)、安全管理上要特別注意。綜合考慮成本、安全和投資等因素，擬采用氨水和尿素作為還原劑。最終取決于當(dāng)可用地資源）。

　　表1 SNCR脫硝系統(tǒng)還原劑類型比較

　　SNCR脫硝系統(tǒng)流程為：接受和儲(chǔ)存還原劑；還原劑的計(jì)量輸出、與水混合稀釋；在分解爐合適位置注入稀釋后的還原劑；還原劑與煙氣混合進(jìn)入脫硝反應(yīng)， SNCR 系統(tǒng)采取模塊方式進(jìn)行設(shè)計(jì)、制造。沈陽(yáng)信成科技SNCR脫硝系統(tǒng)實(shí)物見圖2。

　　圖2 SNCR脫硝系統(tǒng)實(shí)物圖

 

　　總之，氮氧化物是大氣主要污染物之一，也是大氣污染治理和環(huán)境保護(hù)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。氮氧化物的處理在國(guó)際國(guó)內(nèi)都引起了相當(dāng)廣泛的重視。近年來，我國(guó)出臺(tái)了大量的法律法規(guī)以控制氮氧化物，對(duì)氮氧化物排放的控制必將日趨嚴(yán)格。國(guó)家十二五規(guī)劃中首次將氮氧化物減排列為約束性考核標(biāo)準(zhǔn)，預(yù)計(jì)首次減排幅度在 10%左右，這標(biāo)志著脫硝市場(chǎng)的正式啟動(dòng)。目前國(guó)內(nèi)水泥行業(yè)氮氧化物的控制主要依靠低 NOX燃燒控制技術(shù)，燃燒后的煙氣脫硝技術(shù)在國(guó)內(nèi)很多企業(yè)還處于研究階段。工業(yè)應(yīng)用的脫硝技術(shù)普遍存在脫硝效率較低的問題，不能滿足更加嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)。在此背景下，預(yù)計(jì)大部分水泥行業(yè)將面臨著改造的需要。以沈陽(yáng)信成科技有限公司生產(chǎn)的SNCR脫硝系統(tǒng)為代表的煙氣脫硝技術(shù)，將面臨著較為廣闊的發(fā)展前景。同時(shí)， SCR、低氮燃燒技術(shù)、低NOX燃燒器等技術(shù)的聯(lián)用脫硝技術(shù)也將得到較好的應(yīng)用與發(fā)展。對(duì)于微生物、微波、液膜和脈沖電暈等脫硝新技術(shù)的研究應(yīng)成為熱點(diǎn)，力爭(zhēng)有所突破，實(shí)現(xiàn)水泥行業(yè)的脫硝應(yīng)用。