我國水泥廠脫硝技術現狀及展望
摘要：目前，中國水泥生產行業發展迅速，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養化等環境問題的重要因素。這些問題嚴重威脅著人們的健康，因此控制氮氧化物變得至關重要。人們可以使用脫硝技術來有效減少水泥生產來源的氮氧化物排放。但是，會出現一系列新的環境問題，人們只有通過適當的預防工作才能有效減少脫硝技術對生態環境的負面影響。
脫硝技術使用氨（NH3）作為還原劑將煙道氣從原始系統煙道的適當區域提取到新反應器。在反應器中提供催化劑，并在遠離反應器的上游煙道中提供還原劑注入系統（槍），將氨和煙道氣充分均勻混合，然后進入反應器，生成N2和H2O。脫硝效率一般可達到90%以上。
由于脫硝技術使用原始設備（如分解爐）作為反應器，脫硝技術需要新的反應器。將原始煙道氣引入反應器，然后在脫硝后送回原始煙道。這需要改造原始風扇系統。此外，脫硝技術需要使用催化劑，系統更復雜，維護和維護更麻煩。因此，它在投資和運營成本方面要高得多。
一、水泥廠脫硝技術種類
1.1低NOx燃燒器
目前，低NOx燃燒器在我國有很多應用，但效果受窯工況的影響很大。它需要與其他煙氣脫硝技術相結合，以實現高脫硝率。
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點，廣泛應用于電廠鍋爐脫硝。然而，由于SCR反應溫度范圍和粉塵含量的特殊要求，它很少用于水泥生產線。主要原因為：
（1）窯爐煙氣通常用于余熱發電，余熱發電系統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，使窯系統的排氣阻力增加500~1000Pa;
（5）基本上沒有空間用于將SCR催化劑框架布置在窯尾框架周圍。
1.3分級燃燒技術
空氣分級燃燒也是更常用的低NOx燃燒技術之一。燃燒支持的空氣分級燃燒技術的基本原理是：將燃燒所需的空氣量分為兩個階段，使第一階段燃燒區（還原區）的空氣過剩率小于1，燃料首先在缺氧條件下燃燒，導致燃燒速率和溫度降低，從而抑制熱氮氧化物的形成。同時，缺氧燃燒產生CO，CH4，H2，HCN和其他還原劑以與NOx反應以抑制燃料氮氧化物的形成。在二次燃燒區（燃盡區），它變成富氧燃燒區。此時，空氣量大，一些中間產物被氧化形成NOx，但燃燒溫度低于常規燃燒溫度，產生的NOx量少。然而，分級燃燒脫氮技術缺點在于，脫氮效率低于30%，一次投資大。因此可與SNCR方法同時使用，以更低的運營成本實現更高的脫硝率。
二、水泥廠脫硝技術現狀
2.1新增逃逸氨氣對環境的影響
現在，一些新的脫硝技術不斷用于水泥生產。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對環境有一定的負面影響。研究表明，在安裝脫氮裝置后，新的脫硝技術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并在還原反應過程中流入空氣中。這些逸出的氨氣導致出現硫酸銨或其他銨鹽，這會堵塞和腐蝕諸如空氣預熱器等設備。如果這些逃逸的氨氣和飛灰相互吸附，也會影響粉煤灰的處理工作，其排放的氨氣味將嚴重影響水泥廠附近居民的正常生活。
2.2脫硝裝置引起的環境風險問題
脫硝技術在水泥生產中的應用也將帶來一定的環境風險。如果使用氨作為還原劑，其運輸和儲存很容易對生態環境構成威脅。主要原因是氨水的性質不同于其他還原劑，具有強烈的刺激性氣味，易溶于水，具有一定的毒性，還會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。一旦氨水在儲存或運輸過程中泄漏，很容易引起爆炸事故并對周圍環境構成嚴重威脅。
三、解決對策
3.1逃逸氨氣的控制措施
目前，脫硝技術在水泥生產中的應用越來越廣泛。因此，采取適當的預防措施至關重要。首先，有必要適當控制氨的逸出，以避免影響周圍環境。人們可以在爐內噴灑合適的還原劑，嚴格控制反應條件，如溫度和停留時間。一旦溫度太低，氮氧化物就不能與還原劑充分反應形成逸出氨。因此，有必要嚴格控制SCNR系統中的噴射系統，以確保還原劑的噴射量和還原劑的分布滿足相關要求。其次，要不斷完善控制系統，優化相應的工藝，降低氨逃逸的概率。
3.2嚴格實施精細化操作
窯排氣室的氧含量越低，分級燃燒的脫氮效果越好。水泥廠研究發現，當窯尾氧含量高于3.5時，脫硝效率顯著降低。因此，必須通過全面提高生產管理水平和精細化操作水平來確保，這對許多水泥廠來說是一個挑戰。
水泥廠通過優化回轉窯系統的煅燒系統來控制火焰的形狀和適當的煅燒溫度以減少NOx。在不影響熟料質量的前提下，降低窯尾主排風扇的速度，減少系統的風耗，增加風量，盡可能降低空氣過剩系數;適當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，降低系統阻力。在確保脫硝效率的同時，可以降低熟料燃燒能耗，從而實現節能減排效果。
3.3優化操作SNCR煙氣脫硝系統
為了滿足脫硝要求，水泥廠應仔細總結加濕塔的操作經驗，以處理窯廢氣。在SNCR煙氣脫硝設施中，前噴射系統配備8-16根噴槍（根據窯型確定），具有良好的霧化效果和抗堵塞功能。每個噴槍的流量調節范圍為20至200L/h，為熟料生產線的特性設定科學合理的NH3/NOx摩爾比。采用濃度為20%氨水，脫硝效率高，運行成本低，運輸和儲存安全性好，作為還原劑供應充足。通過PLC控制系統，SNCR運行參數顯示在中央控制操作室的計算機屏幕上，實現了實時監控的目的。根據在線監測數據自動控制氨噴射量，以確？刂芅Ox排放濃度和氨泄漏。
3.4成功實施配套改造
根據原系統的需要，應該調整三次風進口面積和風速進爐;根據原系統的運行情況，調整沖裁點的位置，使原料沿分解爐錐體內部向下滑動，從而避免分解錐體內的不良現象。在上升煙道與分解爐錐度的連接處設計曲面升降臺，以防止材料坍塌。
四、結束語
近年來，中國的社會經濟不斷發展，也帶動了城市建筑業的發展，市場對水泥的需求不斷增加。在應用水泥脫硝技術的過程中，人們必須全面分析脫硝技術對環境的影響，然后采取有效的對策。促進水泥生產，減少環境污染和危害，實現人與自然的和諧發展。
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