水泥窯脫硝工藝技術(shù)初探

韓屹勍

（河北金隅鼎鑫水泥有限公司，河北 石家莊 050226）

氮氧化物（NOx） 是導(dǎo)致大氣污染的核心污染源的其中一類。根據(jù)環(huán)保部門相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，水泥工業(yè)的氮氧化物排放量約占全國(guó)總量的10%～12%，是繼火電廠、機(jī)動(dòng)車之后的第三大排放源。

1 水泥窯氮氧化物生成途徑

水泥窯產(chǎn)生氮氧化物的途徑大致有三種：一是原燃材料中含有的燃料型氮氧化物；二是高溫煅燒條件下，空氣中的氮?dú)夂脱鯕獍l(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成的,熱力型氮氧化物；三是在缺氧的條件下反應(yīng)生成的快速型氮氧化物。

2 脫硝策略

2.1 分級(jí)燃燒脫硝技術(shù)

現(xiàn)水泥行業(yè)普遍使用的新型干法預(yù)分解水泥工藝其實(shí)質(zhì)也是一種分級(jí)燃燒，充分利用好分解爐自身特性實(shí)現(xiàn)脫硝是水泥窯脫硝的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。一般的做法是在氧含量低于3%的窯尾煙氣中噴入煤粉，煤粉在分解爐錐部高溫、缺氧的空間內(nèi)形成20000ppm 的CO，利用CO 的強(qiáng)還原性將NOx 還原成氮?dú)狻４思夹g(shù)對(duì)分解爐容的占用較小，簡(jiǎn)單易行，投資較小，已在多數(shù)水泥窯上成功使用和推廣。但問題是其脫硝效率較低，一般僅做到40-50%，對(duì)于許多有超低要求的地區(qū)難以達(dá)到要求，必須配合SNCR 等其他技術(shù)合并使用。

為解決脫硝效率不高的問題，德國(guó)洪堡公司專有的PYROCLON?REDOX 技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。該技術(shù)將新建的PYROCLON?REDOX 反應(yīng)器布置在窯尾煙室和分解爐之間，喂入一定比例的煤粉，煤粉在反應(yīng)器的低氧含量煙氣中發(fā)生高溫分解和氣化反應(yīng)生成大量CO 和熱炭，熱炭又將來自窯尾廢氣中的CO2還原形成CO，CO 將NOx 還原成N2。此技術(shù)相當(dāng)于分級(jí)燃燒的加強(qiáng)版，具有小幅提產(chǎn)作用，投資較高而運(yùn)行成本低，可適用于生活垃圾等其他替代燃料的使用等特點(diǎn)。另因CO 的爆炸極限范圍是12.5%～74.2%，而煤粉在反應(yīng)器中產(chǎn)生的CO 濃度最高約為5%，低于CO 的爆炸極限范圍，不會(huì)在分解爐內(nèi)爆炸。

2.2 SNCR 脫硝技術(shù)

SNCR 脫硝的特點(diǎn)是選擇氨水作為脫硝還原劑，設(shè)施包括氨水儲(chǔ)罐、傳送泵、溶液添加泵、調(diào)控閥、流量測(cè)試設(shè)備、噴嘴、NOx 檢測(cè)儀等。

NH3還原NOx 的反應(yīng)對(duì)煙氣溫度極為敏感，反應(yīng)最佳溫度區(qū)間為850～1050℃，因此溫度場(chǎng)的科學(xué)選擇尤其關(guān)鍵。挑選適當(dāng)?shù)膰姌屛恢?，通常使用兩類模式：首先，使用氣溫流程虛擬技術(shù)，根據(jù)爐中溫度分布情況找到最佳噴射點(diǎn)；其次，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)爐窯溫度氣溫，歸納氣溫改變規(guī)律，明確噴射位置。

噴槍的選用是SNCR 系統(tǒng)的重要部分。通常使用雙層多點(diǎn)均勻的模式，雙層噴槍使用伸縮類噴槍。當(dāng)窯爐的煙氣溫度改變時(shí)，要有選擇地啟動(dòng)噴槍并自動(dòng)調(diào)整噴氨量，以提升脫硝效率。

SNCR 脫硝系統(tǒng)是現(xiàn)有水泥窯普遍使用的技術(shù)，其優(yōu)點(diǎn)是投資少，操作簡(jiǎn)單，技術(shù)成熟，但缺點(diǎn)也很明顯，因使用了工業(yè)品氨水，帶來的運(yùn)行成本提高和環(huán)保、安全風(fēng)險(xiǎn)，另因反應(yīng)效率不高會(huì)過量噴氨造成氨逃逸超標(biāo)，形成二次污染。

3 國(guó)內(nèi)外SCR 脫硝技術(shù)

歐美國(guó)家水泥窯爐SCR 脫硝的技術(shù)由來已久。德國(guó)Solnhofer 水泥廠在2001 年建立了全球第一部SCR 脫硝設(shè)備并投入生產(chǎn)。此廠SCR 系統(tǒng)設(shè)置在預(yù)熱設(shè)備后，反應(yīng)煙氣溫度是320～340℃，氨逃逸數(shù)據(jù)是小于1 mg/Nm3，脫硝效率大于90%。

在我國(guó)，水泥行業(yè)SCR 反應(yīng)器的布置有四大模式——高溫高塵布置模式、高溫中塵布置模式、中溫中塵布置模式與低溫低塵布置模式。

高溫高塵布置模式運(yùn)用范圍最廣，一般把SCR 反應(yīng)器布置在預(yù)熱設(shè)備C1 和余熱鍋爐之間，端口煙氣溫度300～350℃，脫硝后煙氣溫度降低5～10℃，由高溫風(fēng)機(jī)引出到SP余熱鍋爐完成熱交換。該溫度區(qū)域的催化劑成熟可靠，也避免了高SO3生產(chǎn)線形成NHSO3對(duì)催化劑的堵塞,有助于提升反應(yīng)的效率。但因煙氣中粉塵含量高（100～120g/Nm3），對(duì)吹灰系統(tǒng)要求較高，容易對(duì)催化劑造成堵塞。

高溫中塵布置模式是在高溫高塵的基礎(chǔ)上，將煙氣通過高溫電收塵器除塵后粉塵含量降到30g/Nm3以下再進(jìn)入SCR反應(yīng)器完成脫硝。此模式減少了煙氣中的粉塵對(duì)催化劑的污染、磨損或堵塞，但存在占地面積大，系統(tǒng)阻力大，施工難度大，投資成本高，空間受限等問題。

中溫中塵布置模式是將SCR 反應(yīng)器布置在高溫風(fēng)機(jī)之后，粉塵30～50g/Nm3，溫度在180～220℃。此溫度區(qū)間，SO2與煙氣中的NH3反應(yīng)形成硫酸氫銨，粉塵相結(jié)合附著在催化劑表面，造成催化劑微孔堵塞中毒失活。因此SO2濃度需嚴(yán)控并需做在線升溫（升溫至350℃） 裝置，定期對(duì)反應(yīng)器內(nèi)生成的硫酸氫銨進(jìn)行在線熱解析。此方案投資適中、施工難度小。但對(duì)預(yù)熱器出口SO2濃度要求較高，脫硫劑用量較大。低溫低塵布置模式因現(xiàn)有催化劑還不能在窯尾袋收塵后100℃的溫度下起活，仍處在研究階段，不具備工業(yè)使用的條件。

4 結(jié)語

綜上所述，伴隨我國(guó)環(huán)保超低排放政策逐步推進(jìn)，脫硝形勢(shì)極為嚴(yán)峻，針對(duì)水泥窯現(xiàn)有條件完成煙氣脫硝改造迫在眉睫。需要將新技術(shù)與生產(chǎn)設(shè)施現(xiàn)狀有效結(jié)合，盡量從降低氮氧化物本底值上下功夫，從來源與流程上控制NOx 濃度，再采取相應(yīng)的有效措施，方能做到既滿足氮氧化物超低排放標(biāo)準(zhǔn)又保證氨逃逸達(dá)標(biāo)。